JP7554770B2 - Method for producing modified cellulose microfibrils - Google Patents
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Description
本発明は、変性セルロースマイクロフィブリルの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing modified cellulose microfibrils.
変性セルロースマイクロフィブリルは、パルプ等のセルロース原料を変性後、湿式粉砕することにより得られ、紙の力や保水性を向上させる添加剤としての用途が期待されている(特許文献1及び2)。Modified cellulose microfibrils are obtained by modifying cellulose raw materials such as pulp and then wet grinding them, and are expected to be used as an additive to improve the strength and water retention of paper (Patent Documents 1 and 2).
しかし、特許文献1及び2では変性セルロースマイクロフィブリルの製造条件は記載されていない。変性セルロースナノファイバーは、平均繊維径が500nm未満のナノオーダーのセルロースナノファイバーと比較して粘度が低く各種用途での有用性が期待されており、効率的な製造方法の開発が望まれている。However, Patent Documents 1 and 2 do not describe the conditions for producing modified cellulose microfibrils. Modified cellulose nanofibers have a lower viscosity than nano-order cellulose nanofibers with an average fiber diameter of less than 500 nm, and are expected to be useful in a variety of applications, so there is a demand for the development of an efficient production method.
本発明は、平均繊維長が長く、アスペクト比が大きいフィブリル化された変性セルロース繊維の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a method for producing fibrillated modified cellulose fibers having a long average fiber length and a large aspect ratio.
本発明は、以下の[1]~[8]を提供する。
[1]工程(1):セルロース系原料を変性処理して変性セルロースを得る工程、及び、
工程(2):工程(1)で得た変性セルロースを、pH7以下、固形分濃度0.1~15質量%の条件で機械的処理して解繊する工程、
を含む、変性セルロースマイクロフィブリルの製造方法。
[2]変性セルロースが、酸化セルロース又はエーテル化セルロースである、[1]に記載の方法。
[3]エーテル化セルロースが、カルボキシアルキル化セルロースである、[2]に記載の方法。
[4]酸化セルロース及びカルボキシアルキル化セルロースのカルボキシル基含有量が、0.1~2.5mmol/gである、[2]または[3]に記載の方法。
[5]酸化セルロースのカルボキシル置換度が、0.01~0.50である、[2]~[4]のいずれか1項に記載の方法。
[6]カルボキシアルキル化セルロースのカルボキシアルキル置換度が、0.01~0.50である、[3]または[4]に記載の方法。
[7]機械的処理が、叩解または離解処理である、[1]~[6]のいずれか1項に記載の方法。
[8]変性セルロースマイクロフィブリルは、平均繊維径が500nm以上、平均繊維長が500μm以上、アスペクト比が30以上である、[1]~[7]のいずれか1項に記載の方法。
The present invention provides the following [1] to [8].
[1] Step (1): A step of modifying a cellulosic raw material to obtain modified cellulose; and
Step (2): A step of mechanically treating the modified cellulose obtained in step (1) under conditions of a pH of 7 or less and a solid content concentration of 0.1 to 15% by mass to defibrate the cellulose;
A method for producing modified cellulose microfibrils, comprising:
[2] The method according to [1], wherein the modified cellulose is oxidized cellulose or etherified cellulose.
[3] The method according to [2], wherein the etherified cellulose is a carboxyalkylated cellulose.
[4] The method according to [2] or [3], wherein the carboxyl group content of the oxidized cellulose and the carboxyalkylated cellulose is 0.1 to 2.5 mmol/g.
[5] The method according to any one of [2] to [4], wherein the degree of carboxyl substitution of the oxidized cellulose is 0.01 to 0.50.
[6] The method according to [3] or [4], wherein the carboxyalkyl substitution degree of the carboxyalkylated cellulose is 0.01 to 0.50.
[7] The method according to any one of [1] to [6], wherein the mechanical treatment is a beating or defibration treatment.
[8] The method according to any one of [1] to [7], wherein the modified cellulose microfibrils have an average fiber diameter of 500 nm or more, an average fiber length of 500 μm or more, and an aspect ratio of 30 or more.
本発明の方法によれば、平均繊維長が長く、アスペクト比が大きい、変性セルロースマイクロフィブリルを効率的に製造することができる。 According to the method of the present invention, modified cellulose microfibrils having a long average fiber length and a large aspect ratio can be efficiently produced.
本発明においては、以下の工程(1)及び(2)を含む方法により、変性セルロースマイクロフィブリルを製造できる。工程(1)及び(2)の順序は特に限定されないが、工程(1)、(2)の順序で行うことが好ましい。
工程(1):セルロース系原料を変性処理して変性セルロースを得る工程;及び
工程(2):工程(1)で得た変性セルロースを、pH7以下、固形分濃度0.1~15質量%の条件で機械的処理して解繊する工程。
In the present invention, modified cellulose microfibrils can be produced by a method including the following steps (1) and (2). The order of steps (1) and (2) is not particularly limited, but steps (1) and (2) are preferably performed in that order.
Step (1): A step of modifying a cellulosic raw material to obtain modified cellulose; and Step (2): A step of mechanically treating the modified cellulose obtained in Step (1) at a pH of 7 or less and a solid content concentration of 0.1 to 15% by mass to defibrate the cellulose.
<工程(1):変性工程>
工程(1)においては、セルロース系原料を変性処理して変性セルロースを得る。
<Step (1): Modification step>
In step (1), a cellulosic raw material is modified to obtain modified cellulose.
(セルロース系原料)
変性セルロースマイクロフィブリルの原料であるセルロース系原料は、セルロースを含むパルプであればよく、特に限定されない。セルロース系原料としては、例えば、植物、動物(例えば、ホヤ類)、藻類、微生物(例えば、酢酸菌(アセトバクター))、微生物産生物に由来するものが挙げられる。植物由来のセルロース系原料としては、例えば、木材、竹、麻、ジュート、ケナフ、農地残廃物、布、パルプ(例えば、針葉樹未漂白クラフトパルプ(NUKP)、針葉樹漂白クラフトパルプ(NBKP)、広葉樹未漂白クラフトパルプ(LUKP)、広葉樹漂白クラフトパルプ(LBKP)、針葉樹未漂白サルファイトパルプ(NUSP)、針葉樹漂白サルファイトパルプ(NBSP)、サーモメカニカルパルプ(TMP)、針葉樹溶解パルプ、広葉樹溶解パルプ、再生パルプ、古紙)が挙げられる。セルロース系原料は、これらのいずれかでも、2種以上の組み合わせでもよい。好ましくは植物または微生物由来のセルロース系原料、より好ましくは植物由来のセルロース系原料、さらに好ましくはパルプ(例、木質系パルプ)である。
(Cellulosic raw materials)
The cellulose-based raw material, which is the raw material of the modified cellulose microfibril, is not particularly limited as long as it is a pulp containing cellulose. Examples of the cellulose-based raw material include those derived from plants, animals (e.g., ascidians), algae, microorganisms (e.g., acetic acid bacteria (Acetobacter)), and microbial products. Examples of the cellulose-based raw material derived from plants include wood, bamboo, hemp, jute, kenaf, agricultural waste, cloth, and pulp (e.g., softwood unbleached kraft pulp (NUKP), softwood bleached kraft pulp (NBKP), hardwood unbleached kraft pulp (LUKP), hardwood bleached kraft pulp (LBKP), softwood unbleached sulfite pulp (NUSP), softwood bleached sulfite pulp (NBSP), thermomechanical pulp (TMP), softwood dissolving pulp, hardwood dissolving pulp, recycled pulp, and waste paper). The cellulose-based raw material may be any one of these, or a combination of two or more of them. Preferably, the cellulosic raw material is derived from a plant or a microorganism, more preferably, from a plant, and even more preferably, from pulp (eg, wood-based pulp).
セルロース系原料は、セルロースI型結晶化度が高いことが好ましく、60%以上がより好ましく、70%以上がさらに好ましい。これにより、変性セルロースマイクロフィブリルのセルロースI型結晶化度を50%以上に維持できる。The cellulose-based raw material preferably has a high cellulose I type crystallinity, more preferably 60% or more, and even more preferably 70% or more. This allows the cellulose I type crystallinity of the modified cellulose microfibrils to be maintained at 50% or more.
セルロース系原料は通常、セルロース繊維を含む。本明細書においてセルロース繊維とは、特段の説明がない限り、化学変性前または後の繊維状のセルロースを意味する。セルロース系原料は、セルロース以外の繊維成分を含んでいてもよい。セルロース繊維の平均繊維径は、特に制限されないが、一例を挙げると以下のとおりである。針葉樹クラフトパルプに由来するセルロース系原料のセルロース繊維の平均繊維径は、通常30~60μm程度であり、広葉樹クラフトパルプに由来するセルロース系原料のセルロース繊維の平均繊維径は、通常10~30μm程度である。一般的な精製を経たパルプ(針葉樹クラフトパルプおよび広葉樹クラフトパルプ以外)に由来するセルロース系原料のセルロース繊維の平均繊維径は、通常50μm程度である。Cellulosic raw materials usually contain cellulose fibers. In this specification, cellulose fibers means fibrous cellulose before or after chemical modification, unless otherwise specified. Cellulosic raw materials may contain fiber components other than cellulose. The average fiber diameter of the cellulose fibers is not particularly limited, but examples are as follows. The average fiber diameter of the cellulose fibers of cellulosic raw materials derived from softwood kraft pulp is usually about 30 to 60 μm, and the average fiber diameter of the cellulose fibers of cellulosic raw materials derived from hardwood kraft pulp is usually about 10 to 30 μm. The average fiber diameter of the cellulose fibers of cellulosic raw materials derived from general refined pulps (other than softwood kraft pulp and hardwood kraft pulp) is usually about 50 μm.
(化学変性)
工程(1)においてセルロース系原料は変性処理(通常は化学変性)に供され、その結果変性セルロースが得られる。本明細書において変性とは通常は化学変性であり、化学変性とは化学的に変性することを意味し、通常はセルロースのグルコース単位が有するヒドロキシル基を化学的に変性することを意味する。セルロースはグルコース単位により構成され、グルコース単位あたり3つのヒドロキシル基を有している。化学変性としては、例えば、酸化、エーテル化、リン酸エステル化等のエステル化、シランカップリング、フッ素化、カチオン化が挙げられる。中でも、酸化(カルボキシル化)、エーテル化(例えば、カルボキシアルキル化)、カチオン化、エステル化が好ましく、酸化(カルボキシル化)、カルボキシアルキル化がより好ましい。
(Chemical Modification)
In step (1), the cellulose-based raw material is subjected to a modification treatment (usually chemical modification), resulting in modified cellulose. In this specification, modification usually refers to chemical modification, and chemical modification means chemical modification, usually meaning chemical modification of the hydroxyl groups of the glucose units of cellulose. Cellulose is composed of glucose units and has three hydroxyl groups per glucose unit. Examples of chemical modifications include oxidation, etherification, esterification such as phosphoric acid esterification, silane coupling, fluorination, and cationization. Among these, oxidation (carboxylation), etherification (e.g., carboxyalkylation), cationization, and esterification are preferred, and oxidation (carboxylation) and carboxyalkylation are more preferred.
(酸化処理(カルボキシル化処理))
酸化処理により、通常、セルロースが本来有するヒドロキシル基の少なくとも1つがカルボキシル基に変性され、好ましくは、グルコピラノース環の6位の炭素原子に結合するヒドロキシル基の少なくとも1つがカルボキシル基に変性される。
(Oxidation treatment (carboxylation treatment))
The oxidation treatment usually results in modification of at least one of the hydroxyl groups inherent to cellulose to a carboxyl group, and preferably at least one of the hydroxyl groups bonded to the carbon atom at the 6th position of the glucopyranose ring to a carboxyl group.
酸化処理における酸化方法は特に限定されないが、例えば、N-オキシル化合物と、臭化物、およびヨウ化物の少なくともいずれかとの存在下で、酸化剤を用いて水中でセルロース系原料を酸化する方法が挙げられる。この方法によれば、セルロース表面のグルコピラノース環の6位の炭素原子に結合する1級ヒドロキシル基を有する炭素原子が選択的に酸化され、アルデヒド基、カルボキシル基、およびカルボキシレート基からなる群より選ばれる基が生じる。反応時のセルロース系原料の濃度は5質量%以下が好ましいが、特に限定されない。 The oxidation method in the oxidation treatment is not particularly limited, but examples include a method in which the cellulosic raw material is oxidized in water using an oxidizing agent in the presence of an N-oxyl compound and at least one of a bromide and an iodide. According to this method, a carbon atom having a primary hydroxyl group bonded to the carbon atom at the 6th position of the glucopyranose ring on the surface of the cellulose is selectively oxidized to generate a group selected from the group consisting of an aldehyde group, a carboxyl group, and a carboxylate group. The concentration of the cellulosic raw material during the reaction is preferably 5% by mass or less, but is not particularly limited.
N-オキシル化合物とは、ニトロキシラジカルを発生し得る化合物をいう。N-オキシル化合物を用いることにより、目的の酸化反応を促進できる。N-オキシル化合物としては、例えば、2,2,6,6-テトラメチル-1-ピペリジン-N-オキシラジカル(以下、「TEMPO」ともいう)及びその誘導体(例、4-ヒドロキシ-2,2,6,6-テトラメチル-1-ピペリジン-N-オキシラジカル:以下、「4-ヒドロキシTEMPO」ともいう)が挙げられるが、特に限定されない。An N-oxyl compound is a compound capable of generating a nitroxy radical. The use of an N-oxyl compound can promote the desired oxidation reaction. Examples of N-oxyl compounds include, but are not limited to, 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidine-N-oxy radical (hereinafter also referred to as "TEMPO") and its derivatives (e.g., 4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidine-N-oxy radical: hereinafter also referred to as "4-hydroxyTEMPO").
N-オキシル化合物の使用量は、原料となるセルロースの酸化反応を触媒する量であればよい。例えば、絶乾1gのセルロースに対し、0.01mmol以上が好ましく、0.05mmol以上がより好ましい。上限は、10mmol以下が好ましく、1mmol以下がより好ましく、0.5mmol以下がさらに好ましい。従って、N-オキシル化合物の使用量は、絶乾1gのセルロースに対し、0.01~10mmolが好ましく、0.01~1mmolがより好ましく、0.05~0.5mmolがさらに好ましい。反応系に対するN-オキシル化合物の使用量は、通常、0.1~4mmol/L程度である。The amount of N-oxyl compound used may be an amount that catalyzes the oxidation reaction of the raw material cellulose. For example, the amount is preferably 0.01 mmol or more, and more preferably 0.05 mmol or more, per 1 g of bone-dry cellulose. The upper limit is preferably 10 mmol or less, more preferably 1 mmol or less, and even more preferably 0.5 mmol or less. Therefore, the amount of N-oxyl compound used is preferably 0.01 to 10 mmol, more preferably 0.01 to 1 mmol, and even more preferably 0.05 to 0.5 mmol, per 1 g of bone-dry cellulose. The amount of N-oxyl compound used in the reaction system is usually about 0.1 to 4 mmol/L.
臭化物とは臭素を含む化合物であり、例えば、水中で解離してイオン化可能な臭化アルカリ金属が挙げられる。ヨウ化物とはヨウ素を含む化合物であり、例えば、ヨウ化アルカリ金属が挙げられる。臭化物またはヨウ化物の使用量は、特に限定されず、酸化反応を促進できる範囲で選択できる。臭化物およびヨウ化物の合計量は絶乾1gのセルロースに対し0.1mmol以上が好ましく、0.5mmol以上がより好ましい。当該量の上限は、100mmol以下が好ましく、10mmol以下がより好ましく、5mmol以下がさらに好ましい。従って、臭化物およびヨウ化物の合計量は、絶乾1gのセルロースに対し0.1~100mmolが好ましく、0.1~10mmolがより好ましく、0.5~5mmolがさらに好ましい。Bromides are compounds containing bromine, such as alkali metal bromides that can dissociate and ionize in water. Iodides are compounds containing iodine, such as alkali metal iodides. The amount of bromide or iodide used is not particularly limited and can be selected within a range that can promote the oxidation reaction. The total amount of bromide and iodide is preferably 0.1 mmol or more per 1 g of bone dry cellulose, more preferably 0.5 mmol or more. The upper limit of this amount is preferably 100 mmol or less, more preferably 10 mmol or less, and even more preferably 5 mmol or less. Therefore, the total amount of bromide and iodide is preferably 0.1 to 100 mmol, more preferably 0.1 to 10 mmol, and even more preferably 0.5 to 5 mmol per 1 g of bone dry cellulose.
酸化剤は、特に限定されないが、例えば、ハロゲン、次亜ハロゲン酸、亜ハロゲン酸、過ハロゲン酸、これらの塩、ハロゲン酸化物、過酸化物が挙げられる。中でも、安価で環境負荷が少ないことから、次亜ハロゲン酸またはその塩が好ましく、次亜塩素酸またはその塩がより好ましく、次亜塩素酸ナトリウムがさらに好ましい。酸化剤の使用量は、絶乾1gのセルロースに対し0.5mmol以上が好ましく、1mmol以上がより好ましく、3mmol以上がさらに好ましい。当該量の上限は、500mmol以下が好ましく、50mmol以下がより好ましく、25mmol以下がさらに好ましく、10mmol以下がさらにより好ましい。従って、酸化剤の使用量は絶乾1gのセルロースに対し、0.5~500mmolが好ましく、0.5~50mmolがより好ましく、1~25mmolがさらに好ましく、3~10mmolがさらにより好ましい。N-オキシル化合物を用いる場合、酸化剤の使用量はN-オキシル化合物1molに対し1mol以上が好ましく、上限は40mol以下が好ましい。従って、N-オキシル化合物1molに対する酸化剤の使用量は、1~40molが好ましい。The oxidizing agent is not particularly limited, but examples thereof include halogens, hypohalous acids, hypohalous acids, perhalogen acids, their salts, halogen oxides, and peroxides. Among them, hypohalous acids or their salts are preferred because they are inexpensive and have a low environmental impact, hypochlorous acid or its salts are more preferred, and sodium hypochlorite is even more preferred. The amount of the oxidizing agent used is preferably 0.5 mmol or more per 1 g of bone-dry cellulose, more preferably 1 mmol or more, and even more preferably 3 mmol or more. The upper limit of the amount is preferably 500 mmol or less, more preferably 50 mmol or less, even more preferably 25 mmol or less, and even more preferably 10 mmol or less. Therefore, the amount of the oxidizing agent used is preferably 0.5 to 500 mmol, more preferably 0.5 to 50 mmol, even more preferably 1 to 25 mmol, and even more preferably 3 to 10 mmol, per 1 g of bone-dry cellulose. When an N-oxyl compound is used, the amount of the oxidizing agent used is preferably 1 mol or more per 1 mol of the N-oxyl compound, and the upper limit is preferably 40 mol or less. Therefore, the amount of the oxidizing agent used per 1 mol of the N-oxyl compound is preferably 1 to 40 mol.
酸化反応時のpH、温度等の条件は、特に限定されない。一般に、酸化反応は、比較的温和な条件であっても効率よく進行する。反応温度は、4℃以上が好ましく、15℃以上がより好ましい。当該温度の上限は40℃以下が好ましく、30℃以下がより好ましい。従って、反応温度は4~40℃が好ましく、15~30℃程度、すなわち室温でもよい。反応液のpHは、8以上が好ましく、10以上がより好ましい。pHの上限は、12以下が好ましく、11以下がより好ましい。従って、反応液のpHは、好ましくは8~12、より好ましくは10~11程度である。通常、酸化反応の進行に伴ってセルロース中にカルボキシル基が生成するため、反応液のpHは低下する傾向にある。そのため、酸化反応を効率よく進行させるためには、水酸化ナトリウム水溶液等のアルカリ性溶液を添加して、反応液のpHを上記の範囲に維持することが好ましい。酸化の際の反応媒体は、取扱いの容易さや、副反応が生じにくいこと等の理由から、水が好ましい。酸化における反応時間は、酸化の進行程度に従って適宜設定でき、通常は0.5時間以上であり、その上限は通常は6時間以下、好ましくは4時間以下である。従って、酸化における反応時間は通常0.5~6時間、好ましくは0.5~4時間程度である。The conditions of pH, temperature, etc. during the oxidation reaction are not particularly limited. In general, the oxidation reaction proceeds efficiently even under relatively mild conditions. The reaction temperature is preferably 4°C or higher, more preferably 15°C or higher. The upper limit of the temperature is preferably 40°C or lower, more preferably 30°C or lower. Therefore, the reaction temperature is preferably 4 to 40°C, and may be about 15 to 30°C, that is, room temperature. The pH of the reaction solution is preferably 8 or higher, more preferably 10 or higher. The upper limit of the pH is preferably 12 or lower, more preferably 11 or lower. Therefore, the pH of the reaction solution is preferably 8 to 12, more preferably about 10 to 11. Usually, as the oxidation reaction proceeds, carboxyl groups are generated in the cellulose, so the pH of the reaction solution tends to decrease. Therefore, in order to proceed efficiently with the oxidation reaction, it is preferable to add an alkaline solution such as an aqueous sodium hydroxide solution to maintain the pH of the reaction solution in the above range. The reaction medium during oxidation is preferably water for reasons such as ease of handling and the fact that side reactions are unlikely to occur. The reaction time in the oxidation can be appropriately set according to the degree of progress of the oxidation, and is usually 0.5 hours or more, with the upper limit usually being 6 hours or less, preferably 4 hours or less. Therefore, the reaction time in the oxidation is usually about 0.5 to 6 hours, preferably about 0.5 to 4 hours.
酸化は、2段階以上の反応に分けて実施してもよい。例えば、1段目の反応終了後に濾別して得られた酸化セルロースを、再度、同一または異なる反応条件で酸化させることにより、1段目の反応で副生する食塩による反応阻害を受けることなく、効率よく酸化させることができる。The oxidation may be carried out in two or more separate reaction stages. For example, the oxidized cellulose obtained by filtration after the completion of the first reaction stage can be oxidized again under the same or different reaction conditions, allowing efficient oxidation without reaction inhibition by table salt produced as a by-product in the first reaction stage.
酸化の別の例として、オゾン酸化が挙げられる。この酸化反応により、セルロースを構成するグルコピラノース環の少なくとも2位および6位の水酸基が酸化されると共に、セルロース鎖の分解が起こる。Another example of oxidation is ozone oxidation. This oxidation reaction oxidizes at least the hydroxyl groups at positions 2 and 6 of the glucopyranose ring that constitutes cellulose, and causes the decomposition of the cellulose chain.
オゾン処理は、通常、オゾンを含む気体とセルロース系原料とを接触させることにより行われる。気体中のオゾン濃度は、50g/m3以上が好ましい。上限は、250g/m3以下が好ましく、220g/m3以下がより好ましい。従って、気体中のオゾン濃度は、50~250g/m3が好ましく、50~220g/m3がより好ましい。オゾン添加量は、セルロース系原料の固形分100質量部に対し、0.1質量部以上が好ましく、5質量部以上がより好ましい。オゾン添加量の上限は、通常30質量部以下である。従って、オゾン添加量は、セルロース系原料の固形分100質量部に対し、0.1~30質量部が好ましく、5~30質量部がより好ましい。オゾン処理温度は、通常0℃以上であり、好ましくは20℃以上であり、上限は通常50℃以下である。従って、オゾン処理温度は、0~50℃が好ましく、20~50℃がより好ましい。オゾン処理時間は、通常は1分以上であり、好ましくは30分以上であり、上限は通常360分以下である。従って、オゾン処理時間は、通常は1~360分程度であり、30~360分程度が好ましい。オゾン処理の条件が上述の範囲内であると、セルロースが過度に酸化および分解されることを防ぐことができ、酸化セルロースの収率が良好となり得る。 The ozone treatment is usually carried out by contacting a gas containing ozone with the cellulosic raw material. The ozone concentration in the gas is preferably 50 g/m 3 or more. The upper limit is preferably 250 g/m 3 or less, more preferably 220 g/m 3 or less. Therefore, the ozone concentration in the gas is preferably 50 to 250 g/m 3 , more preferably 50 to 220 g/m 3. The amount of ozone added is preferably 0.1 parts by mass or more, more preferably 5 parts by mass or more, per 100 parts by mass of the solid content of the cellulosic raw material. The upper limit of the amount of ozone added is usually 30 parts by mass or less. Therefore, the amount of ozone added is preferably 0.1 to 30 parts by mass, more preferably 5 to 30 parts by mass, per 100 parts by mass of the solid content of the cellulosic raw material. The ozone treatment temperature is usually 0° C. or more, preferably 20° C. or more, and the upper limit is usually 50° C. or less. Therefore, the ozone treatment temperature is preferably 0 to 50°C, and more preferably 20 to 50°C. The ozone treatment time is usually 1 minute or more, and preferably 30 minutes or more, with the upper limit usually being 360 minutes or less. Therefore, the ozone treatment time is usually about 1 to 360 minutes, and preferably about 30 to 360 minutes. When the ozone treatment conditions are within the above-mentioned ranges, it is possible to prevent cellulose from being excessively oxidized and decomposed, and the yield of oxidized cellulose can be improved.
オゾン処理されたセルロースに対しさらに、酸化剤を用いた追酸化処理を行ってもよい。追酸化処理に用いる酸化剤は、特に限定されないが、例えば、二酸化塩素、亜塩素酸ナトリウム等の塩素系化合物、酸素、過酸化水素、過硫酸、過酢酸が挙げられる。追酸化処理の方法としては、例えば、酸化剤を水またはアルコール等の極性有機溶媒中に溶解して酸化剤溶液を調製し、酸化剤溶液中にセルロース系原料を浸漬させる方法が挙げられる。酸化セルロースに含まれるカルボキシル基、カルボキシレート基、アルデヒド基の量は、酸化剤の添加量、反応時間等の酸化条件をコントロールすることで調整できる。The ozone-treated cellulose may be further subjected to a post-oxidation treatment using an oxidizing agent. The oxidizing agent used in the post-oxidation treatment is not particularly limited, but examples include chlorine compounds such as chlorine dioxide and sodium chlorite, oxygen, hydrogen peroxide, persulfuric acid, and peracetic acid. Examples of the method of post-oxidation treatment include a method in which an oxidizing agent is dissolved in a polar organic solvent such as water or alcohol to prepare an oxidizing agent solution, and the cellulose-based raw material is immersed in the oxidizing agent solution. The amount of carboxyl groups, carboxylate groups, and aldehyde groups contained in the oxidized cellulose can be adjusted by controlling the oxidation conditions, such as the amount of oxidizing agent added and the reaction time.
(塩型及び酸型)
セルロースを酸化すると、セルロースが有するヒドロキシル基がカルボキシル基に変性され、酸化後のセルロース繊維は、通常、-COOHで表される基(酸型カルボキシル基)と、-COO-で表される基(塩型カルボキシル基)とを両方含む。塩型カルボキシル基のカウンターカチオンは特に限定されず、例えば、ナトリウムイオンやカリウムイオン等のアルカリ金属イオン、その他の金属イオンが挙げられる。
(Salt and acid forms)
When cellulose is oxidized, the hydroxyl groups of the cellulose are modified to carboxyl groups, and the cellulose fibers after the oxidation usually contain both a group represented by -COOH (an acid-type carboxyl group) and a group represented by -COO- (a salt-type carboxyl group). The counter cation of the salt-type carboxyl group is not particularly limited, and examples thereof include alkali metal ions such as sodium ions and potassium ions, and other metal ions.
酸化セルロースのカルボキシル基量は、絶乾質量に対し、好ましくは0.1mmol/g以上、0.3mmol/g以上、又は0.5mmol/g以上より好ましくは0.6mmol/g以上、さらに好ましくは1.0mmol/g以上である。上限は、好ましくは2.5mmol/g以下、より好ましくは2.0mmol/g以下、又は1.5mmol/g以下である。従って、0.1~2.5mmol/g、0.3~2.5mmol/g、又は0.5~2.5mmol/gが好ましく、0.6~2.5mmol/gがより好ましく、1.0~2.0mmol/gがさらに好ましい。酸化セルロースマイクロフィブリルのカルボキシル基量は、フィブリル化前の酸化セルロースのそれと通常は同値である。カルボキシル基量は、電気伝導度の変動から計算することができる。The amount of carboxyl groups in oxidized cellulose is preferably 0.1 mmol/g or more, 0.3 mmol/g or more, or 0.5 mmol/g or more, more preferably 0.6 mmol/g or more, and even more preferably 1.0 mmol/g or more, based on the bone dry mass. The upper limit is preferably 2.5 mmol/g or less, more preferably 2.0 mmol/g or less, or 1.5 mmol/g or less. Therefore, 0.1 to 2.5 mmol/g, 0.3 to 2.5 mmol/g, or 0.5 to 2.5 mmol/g are preferred, 0.6 to 2.5 mmol/g is more preferred, and 1.0 to 2.0 mmol/g is even more preferred. The amount of carboxyl groups in oxidized cellulose microfibrils is usually the same as that of oxidized cellulose before fibrillation. The amount of carboxyl groups can be calculated from the change in electrical conductivity.
酸化セルロースの無水グルコース単位当たりのカルボキシ置換度は、0.01以上、0.02以上又は0.05以上が好ましく、0.10以上がより好ましく、0.15以上がさらに好ましく、0.20以上がさらにより好ましく、0.25以上がとりわけ好ましい。これにより、化学変性による効果を得るための置換度を確保できる。当該置換度の上限は、0.50以下が好ましく、0.40以下又は0.35以下がより好ましい。これにより、セルロース繊維の水への溶解が起こりにくくなり、水中で繊維形態を維持できる。従って、カルボキシ置換度は、0.01~0.50が好ましく、0.05~0.40がより好ましく、0.10~0.35がさらに好ましい。酸化セルロースマイクロフィブリルのカルボキシ置換度は、フィブリル化前の酸化セルロースのそれと通常は同値である。カルボキシ置換度は、反応条件により調整できる。無水グルコース単位あたりのカルボキシ置換度とは、セルロースを構成する個々の無水グルコース(グルコース残基)が本来有する水酸基のうちカルボキシル基に置換されている基の割合(1つのグルコース残基当たりのカルボキシル基の数)である。カルボキシ置換度は、カルボキシル基量から算出できる。The degree of carboxy substitution per anhydrous glucose unit of oxidized cellulose is preferably 0.01 or more, 0.02 or more, or 0.05 or more, more preferably 0.10 or more, even more preferably 0.15 or more, even more preferably 0.20 or more, and particularly preferably 0.25 or more. This ensures a degree of substitution that can obtain the effects of chemical modification. The upper limit of the degree of substitution is preferably 0.50 or less, more preferably 0.40 or less, or 0.35 or less. This makes it difficult for the cellulose fibers to dissolve in water, and allows the fiber form to be maintained in water. Therefore, the degree of carboxy substitution is preferably 0.01 to 0.50, more preferably 0.05 to 0.40, and even more preferably 0.10 to 0.35. The degree of carboxy substitution of oxidized cellulose microfibrils is usually the same as that of oxidized cellulose before fibrillation. The degree of carboxy substitution can be adjusted by the reaction conditions. The degree of carboxy substitution per anhydroglucose unit is the ratio of hydroxyl groups originally possessed by each anhydroglucose (glucose residue) constituting cellulose that have been substituted with carboxyl groups (the number of carboxyl groups per glucose residue). The degree of carboxy substitution can be calculated from the amount of carboxyl groups.
(酸型酸化セルロース及び脱塩)
酸化セルロースは、酸化を経た結果カルボキシル基を含有するが、酸型カルボキシル基を塩型カルボキシル基よりも多く含有してもよいし、塩型カルボキシル基を酸型カルボキシル基よりも多く含有してもよい。酸化セルロースは、さらに脱塩処理を経ていてもよい。これにより、塩型カルボキシル基を酸型カルボキシル基に変換できる。本明細書において、「酸型」を付する場合脱塩を経ていることを示し、「塩型」を付する場合脱塩を経ていないことを示す。酸型セルロースが有するカルボキシル基に占める酸型カルボキシル基の割合は、40%以上が好ましく、60%以上がより好ましく、85%以上がさらに好ましい。酸型カルボキシル基の割合は以下の手順で算出できる。
1)先ず、脱塩処理前の酸型酸化セルロースの固形分濃度0.1質量%水分散体を250mL調製する。調製した水分散体に、0.1M塩酸水溶液を加えてpH2.5とした後、0.1Nの水酸化ナトリウム水溶液を添加してpHが11になるまで電気電導度を測定する。電気電導度の変化が緩やかな弱酸の中和段階において消費された水酸化ナトリウム量(a)から、下式を用いて、酸型カルボキシル基量および塩型カルボキシル基量、つまりトータルのカルボキシル基量を算出する:
トータルのカルボキシル基量(mmol/g酸化セルロース(塩型))=a(ml)×0.1/酸化セルロース(塩型)の質量(g)
2)脱塩処理した酸型酸化セルロースの固形分濃度0.1質量%水分散体を250mL調製する。調製した水分散体に、0.1Nの水酸化ナトリウム水溶液を添加してpHが11になるまで電気電導度を測定する。電気電導度の変化が緩やかな弱酸の中和段階において消費された水酸化ナトリウム量(b)から、下式を用いて、酸型カルボキシル基量を算出する:
酸型カルボキシル基量(mmol/g酸型酸化セルロース)=b(ml)×0.1/酸型酸化セルロースの質量(g)
3)算出したトータルのカルボキシル基量と酸型カルボキシル基量から、下式を用いて、酸型カルボキシル基の割合を算出する。
酸型カルボキシル基の割合(%)=(酸型カルボキシル基量/トータルのカルボキシル基量)×100
(Acid-form oxidized cellulose and desalting)
Oxidized cellulose contains carboxyl groups as a result of oxidation, but may contain more acid-type carboxyl groups than salt-type carboxyl groups, or may contain more salt-type carboxyl groups than acid-type carboxyl groups. Oxidized cellulose may further be subjected to a desalting treatment, which allows the salt-type carboxyl groups to be converted into acid-type carboxyl groups. In this specification, the term "acid type" indicates that the cellulose has been desalted, and the term "salt type" indicates that the cellulose has not been desalted. The proportion of acid-type carboxyl groups among the carboxyl groups in acid-type cellulose is preferably 40% or more, more preferably 60% or more, and even more preferably 85% or more. The proportion of acid-type carboxyl groups can be calculated by the following procedure.
1) First, 250 mL of an aqueous dispersion of acid-type oxidized cellulose before desalting treatment is prepared, with a solids concentration of 0.1% by mass. A 0.1 M aqueous hydrochloric acid solution is added to the prepared aqueous dispersion to adjust the pH to 2.5, and then a 0.1 N aqueous sodium hydroxide solution is added and the electrical conductivity is measured until the pH reaches 11. The amount of acid-type carboxyl groups and the amount of salt-type carboxyl groups, i.e., the total amount of carboxyl groups, is calculated using the following formula from the amount of sodium hydroxide (a) consumed in the neutralization stage of a weak acid, where the change in electrical conductivity is gradual:
Total amount of carboxyl groups (mmol/g oxidized cellulose (salt type))=a (ml)×0.1/mass of oxidized cellulose (salt type) (g)
2) 250 mL of an aqueous dispersion of desalted acid-form oxidized cellulose with a solids concentration of 0.1% by mass is prepared. 0.1 N aqueous sodium hydroxide solution is added to the prepared aqueous dispersion, and the electrical conductivity is measured until the pH reaches 11. The amount of acid-form carboxyl groups is calculated from the amount of sodium hydroxide (b) consumed in the neutralization stage of the weak acid, where the change in electrical conductivity is gradual, using the following formula:
Amount of acid-type carboxyl groups (mmol/g acid-type oxidized cellulose)=b (ml)×0.1/mass of acid-type oxidized cellulose (g)
3) The proportion of acid-type carboxyl groups is calculated from the calculated total amount of carboxyl groups and the amount of acid-type carboxyl groups using the following formula.
Proportion of acid type carboxyl groups (%)=(amount of acid type carboxyl groups/total amount of carboxyl groups)×100
脱塩を行う時期は、酸化後であればよく、解繊前後(工程(2)の前後)のいずれでもよいが、通常は酸化後であり、好ましくは工程(2)の前である。脱塩は、通常、塩型酸化セルロースに含まれる塩(例、ナトリウム塩)をプロトンに置換することにより実施される。脱塩の方法としては例えば、系内を酸性に調整する方法、及び、酸化セルロースを陽イオン交換樹脂と接触させる方法が挙げられる。系内を酸性に調整する方法の場合、系内のpHは、好ましくは2~6、より好ましくは2~5、さらに好ましくは2.3~5に調整される。酸性に調整するには、通常は酸(例えば、硫酸、塩酸、硝酸、亜硫酸、亜硝酸、リン酸等の無機酸;酢酸、乳酸、蓚酸、クエン酸、蟻酸等の有機酸)が用いられる。酸の添加後には、適宜洗浄処理を行ってもよい。前記の陽イオン交換樹脂は、対イオンがH+である限り、強酸性イオン交換樹脂および弱酸性イオン交換樹脂のいずれも用いることができる。酸化セルロースを陽イオン交換樹脂と接触させる際の両者の比率は、特に限定されず、当業者であれば、プロトン置換を効率的に行うとの観点から適宜設定し得る。接触後の陽イオン交換樹脂の回収は、吸引ろ過等の常法により行えばよい。 The timing of desalting may be after oxidation, and may be either before or after defibration (before or after step (2)), but is usually after oxidation, and preferably before step (2). Desalting is usually carried out by substituting salts (e.g., sodium salts) contained in the salt-type oxidized cellulose with protons. Examples of desalting methods include a method of adjusting the system to be acidic, and a method of contacting oxidized cellulose with a cation exchange resin. In the method of adjusting the system to be acidic, the pH of the system is preferably adjusted to 2 to 6, more preferably 2 to 5, and even more preferably 2.3 to 5. To adjust the system to be acidic, an acid (e.g., inorganic acids such as sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, sulfurous acid, nitrous acid, and phosphoric acid; organic acids such as acetic acid, lactic acid, oxalic acid, citric acid, and formic acid) is usually used. After the addition of the acid, a washing treatment may be appropriately carried out. As the cation exchange resin, either a strongly acidic ion exchange resin or a weakly acidic ion exchange resin can be used as long as the counter ion is H + . The ratio of the oxidized cellulose and the cation exchange resin when they are contacted is not particularly limited, and a person skilled in the art can set it appropriately from the viewpoint of efficient proton replacement. The cation exchange resin after contact can be recovered by a conventional method such as suction filtration.
(エーテル化(例、カルボキシアルキル化))
エーテル化としては、例えば、カルボキシアルキル化、メチル化、エチル化、シアノエチル化、ヒドロキシエチル化、ヒドロキシプロピル化、エチルヒドロキシエチル化、及びヒドロキシプロピルメチル化から選ばれる反応によるエーテル化が挙げられ、カルボキシアルキル化が好ましく、カルボキシメチル化がより好ましい。
(Etherification (e.g., carboxyalkylation))
Examples of the etherification include etherification by a reaction selected from carboxyalkylation, methylation, ethylation, cyanoethylation, hydroxyethylation, hydroxypropylation, ethylhydroxyethylation, and hydroxypropylmethylation, with carboxyalkylation being preferred and carboxymethylation being more preferred.
カルボキシアルキル化を経て得られる変性セルロース(カルボキシアルキル化セルロース)は、セルロースの水酸基の少なくとも1つがカルボキシアルキル化された構造を有することが好ましい。カルボキシアルキル化セルロースの無水グルコース単位当たりのカルボキシアルキル置換度(DS、好ましくはカルボキシメチル置換度)は、0.01以上、0.02以上又は0.05以上が好ましく、0.10以上がより好ましく、0.15以上がさらに好ましく、0.20以上がさらにより好ましく、0.25以上がとりわけ好ましい。これにより、化学変性による効果を得るための置換度を確保できる。当該置換度の上限は、0.50以下が好ましく、0.40以下又は0.35以下がより好ましい。これにより、セルロース繊維の水への溶解が起こりにくくなり、水中で繊維形態を維持できる。従って、カルボキシアルキル置換度は、0.01~0.50が好ましく、0.05~0.40がより好ましく、0.10~0.35又は0.20~0.35がさらに好ましい。カルボキシアルキル化セルロースマイクロフィブリルのカルボキシアルキル置換度は、フィブリル前のカルボキシアルキル化セルロースのそれと通常は同値である。カルボキシアルキル置換度は、反応させるカルボキシアルキル化剤の添加量、マーセル化剤の量、及び、水と有機溶媒の組成比率から選ばれるいずれかをコントロールすることにより調整できる。The modified cellulose (carboxyalkylated cellulose) obtained through carboxyalkylation preferably has a structure in which at least one of the hydroxyl groups of cellulose is carboxyalkylated. The degree of carboxyalkyl substitution (DS, preferably the degree of carboxymethyl substitution) per anhydrous glucose unit of carboxyalkylated cellulose is preferably 0.01 or more, 0.02 or more, or 0.05 or more, more preferably 0.10 or more, even more preferably 0.15 or more, even more preferably 0.20 or more, and particularly preferably 0.25 or more. This ensures a degree of substitution to obtain the effect of chemical modification. The upper limit of the degree of substitution is preferably 0.50 or less, more preferably 0.40 or less, or 0.35 or less. This makes it difficult for the cellulose fiber to dissolve in water, and the fiber form can be maintained in water. Therefore, the degree of carboxyalkyl substitution is preferably 0.01 to 0.50, more preferably 0.05 to 0.40, and even more preferably 0.10 to 0.35 or 0.20 to 0.35. The degree of carboxyalkyl substitution of the carboxyalkylated cellulose microfibrils is usually the same as that of the carboxyalkylated cellulose before fibrillation. The degree of carboxyalkyl substitution can be adjusted by controlling any one of the amount of the carboxyalkylating agent to be reacted, the amount of the mercerizing agent, and the composition ratio of water and the organic solvent.
無水グルコース単位あたりのカルボキシアルキル置換度(エーテル化度ともいう。)とは、セルロースを構成する個々の無水グルコース(グルコース残基)が本来有する水酸基のうちカルボキシアルキルエーテル基に置換されている基の割合(1つのグルコース残基当たりのカルボキシアルキルエーテル基の数)である。カルボキシアルキル置換度は、カルボキシアルキル基量から算出できる。The degree of carboxyalkyl substitution (also called the degree of etherification) per anhydroglucose unit is the proportion of hydroxyl groups originally contained in each anhydroglucose (glucose residue) constituting cellulose that have been substituted with carboxyalkyl ether groups (the number of carboxyalkyl ether groups per glucose residue). The degree of carboxyalkyl substitution can be calculated from the amount of carboxyalkyl groups.
カルボキシアルキル化セルロースのカルボキシル基量は、絶乾質量に対し、好ましくは0.1mmol/g以上、より好ましくは0.6mmol/g以上、さらに好ましくは1.0mmol/g以上である。上限は、好ましくは2.5mmol/g以下、より好ましくは2.0mmol/g以下である。従って、0.1~2.5mmol/gが好ましく、0.6~2.5mmol/gより好ましく、1.0~2.0mmol/gがさらに好ましい。カルボキシアルキル化セルロースマイクロフィブリルのカルボキシル基量は、フィブリル化前のカルボキシアルキル化セルロースのそれと通常は同値である。カルボキシル基量は、電気伝導度の変動から計算することができる。The amount of carboxyl groups in carboxyalkylated cellulose is preferably 0.1 mmol/g or more, more preferably 0.6 mmol/g or more, and even more preferably 1.0 mmol/g or more, based on the bone dry mass. The upper limit is preferably 2.5 mmol/g or less, more preferably 2.0 mmol/g or less. Therefore, 0.1 to 2.5 mmol/g is preferable, 0.6 to 2.5 mmol/g is more preferable, and 1.0 to 2.0 mmol/g is even more preferable. The amount of carboxyl groups in carboxyalkylated cellulose microfibrils is usually the same as that of carboxyalkylated cellulose before fibrillation. The amount of carboxyl groups can be calculated from the change in electrical conductivity.
カルボキシアルキル化の方法としては例えば、出発原料としてのセルロース系原料をマーセル化し、その後エーテル化する方法が挙げられる。カルボキシメチル化を例に取って以下説明する。An example of a carboxyalkylation method is to mercerize the cellulosic starting material and then etherify it. Carboxymethylation is used as an example below.
マーセル化は、通常、セルロース系原料、溶媒及びマーセル化剤を混合して行う。反応条件は、一例を挙げると以下のとおりである。反応温度は、通常0℃以上であり、好ましくは10℃以上であり、上限は通常70℃以下、好ましくは60℃以下である。従って、反応温度は通常0~70℃、好ましくは10~60℃である。反応時間は、通常15分以上、好ましくは30分以上である。当該時間の上限は、通常8時間以下、好ましくは7時間以下である。従って、反応時間は、通常は15分~8時間、好ましくは30分~7時間である。Mercerization is usually carried out by mixing a cellulosic raw material, a solvent and a mercerizing agent. An example of the reaction conditions is as follows: The reaction temperature is usually 0°C or higher, preferably 10°C or higher, and the upper limit is usually 70°C or lower, preferably 60°C or lower. Therefore, the reaction temperature is usually 0 to 70°C, preferably 10 to 60°C. The reaction time is usually 15 minutes or more, preferably 30 minutes or more. The upper limit of the time is usually 8 hours or less, preferably 7 hours or less. Therefore, the reaction time is usually 15 minutes to 8 hours, preferably 30 minutes to 7 hours.
溶媒としては、例えば、水、有機溶媒(例えば、アルコール(例、低級アルコール)、ケトン、ジオキサン、ジエチルエーテル、ベンゼン、ジクロロメタン)およびこれらの混合溶媒が挙げられる。低級アルコールとしては例えば、メタノール、エタノール、N-プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、N-ブチルアルコール、イソブチルアルコール、第3級ブチルアルコールが挙げられ、これらのうち、水との相溶性が良好であることから、炭素原子数1~4の1価アルコールが好ましく、炭素原子数1~3の1価アルコールがより好ましい。ケトンとしては、例えば、アセトン、ジエチルケトン、メチルエチルケトンが挙げられる。混合溶媒が低級アルコールの混合割合は、60~95質量%が好ましい。溶媒の量は、セルロース系原料に対し通常は3質量倍以上である。当該量の上限は特に限定されないが通常は20質量倍以下である。従って、溶媒の量は3~20質量倍が好ましい。Examples of the solvent include water, organic solvents (e.g., alcohols (e.g., lower alcohols), ketones, dioxane, diethyl ether, benzene, dichloromethane), and mixed solvents thereof. Examples of the lower alcohol include methanol, ethanol, N-propyl alcohol, isopropyl alcohol, N-butyl alcohol, isobutyl alcohol, and tertiary butyl alcohol. Of these, monohydric alcohols having 1 to 4 carbon atoms are preferred, and monohydric alcohols having 1 to 3 carbon atoms are more preferred, because they have good compatibility with water. Examples of the ketone include acetone, diethyl ketone, and methyl ethyl ketone. The mixing ratio of the lower alcohol in the mixed solvent is preferably 60 to 95% by mass. The amount of the solvent is usually 3 times or more by mass relative to the cellulose-based raw material. The upper limit of the amount is not particularly limited, but is usually 20 times or less by mass. Therefore, the amount of the solvent is preferably 3 to 20 times by mass.
マーセル化剤としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の水酸化アルカリ金属が挙げられる。マーセル化剤の使用量は、出発原料の無水グルコース残基当たり0.5倍モル以上が好ましく、1.0倍モル以上がより好ましく、1.5倍モル以上がさらに好ましい。当該量の上限は、通常20倍モル以下であり、10倍モル以下が好ましく、5倍モル以下がより好ましい。従って、マーセル化剤の使用量は、0.5~20倍モルが好ましく、1.0~10倍モルがより好ましく、1.5~5倍モルがさらに好ましい。Examples of mercerizing agents include alkali metal hydroxides such as sodium hydroxide and potassium hydroxide. The amount of mercerizing agent used is preferably 0.5 times the molar amount per anhydrous glucose residue of the starting material, more preferably 1.0 times the molar amount, and even more preferably 1.5 times the molar amount. The upper limit of the amount is usually 20 times the molar amount, preferably 10 times the molar amount, and even more preferably 5 times the molar amount. Therefore, the amount of mercerizing agent used is preferably 0.5 to 20 times the molar amount, more preferably 1.0 to 10 times the molar amount, and even more preferably 1.5 to 5 times the molar amount.
エーテル化反応は、通常、エーテル化剤(例、カルボキシメチル化剤)をマーセル化後に反応系に追加して行う。以下、カルボキシメチル化を例にとり以下説明する。カルボキシメチル化剤としては、例えば、モノクロロ酢酸、モノクロロ酢酸ナトリウム、モノクロロ酢酸メチル、モノクロロ酢酸エチル、モノクロロ酢酸イソプロピルが挙げられ、モノクロロ酢酸及びモノクロロ酢酸ナトリウムが好ましい。カルボキシメチル化剤の使用量は、セルロース系原料に含まれるセルロースの無水グルコース残基当たり通常は0.05倍モル以上又は0.5倍モル以上、0.6倍モル以上が好ましく、0.7倍モル以上又は0.8倍モル以上がより好ましい。当該量の上限は、通常10.0倍モル以下、5倍モル以下、3倍モル以下、又は1.5倍モル以下であり、1.3倍モル以下が好ましく、1.1倍モル以下がより好ましい、従って、当該量は好ましくは0.05~10.0倍モルであり、より好ましくは0.5~5倍モルであり、さらに好ましくは0.8~3倍モルである。カルボキシメチル化剤は、そのまま又は水溶液として反応系に添加できる。カルボキシメチル化剤水溶液の濃度は、通常は5~80質量%、より好ましくは30~60質量%である。 The etherification reaction is usually carried out by adding an etherification agent (e.g., a carboxymethylation agent) to the reaction system after mercerization. The following will explain carboxymethylation as an example. Examples of carboxymethylation agents include monochloroacetic acid, sodium monochloroacetate, methyl monochloroacetate, ethyl monochloroacetate, and isopropyl monochloroacetate, with monochloroacetic acid and sodium monochloroacetate being preferred. The amount of the carboxymethylation agent used is usually 0.05 or more moles, or 0.5 or more moles, preferably 0.6 or more moles, and more preferably 0.7 or more moles or 0.8 or more moles per anhydrous glucose residue of cellulose contained in the cellulosic raw material. The upper limit of the amount is usually 10.0 or less moles, 5 or less moles, 3 or less moles, or 1.5 or less moles, preferably 1.3 or less moles, and more preferably 1.1 or less moles, and therefore the amount is preferably 0.05 to 10.0 moles, more preferably 0.5 to 5 moles, and even more preferably 0.8 to 3 moles. The carboxymethylating agent can be added to the reaction system as it is or as an aqueous solution. The concentration of the aqueous solution of the carboxymethylating agent is usually 5 to 80% by mass, more preferably 30 to 60% by mass.
エーテル化の反応温度は通常30℃以上、好ましくは40℃以上であり、上限は通常90℃以下、好ましくは80℃以下である。従って、反応温度は通常30~90℃、好ましくは40~80℃である。反応時間は、通常30分以上であり、好ましくは1時間以上であり、その上限は、通常は10時間以下であり、好ましくは4時間以下である。従って、反応時間は、通常は30分~10時間であり、好ましくは1時間~4時間である。カルボキシメチル化反応の間必要に応じて、反応液を撹拌してもよい。
マーセル化剤とカルボキシメチル化剤のモル比(マーセル化剤/カルボキシメチル化剤)は、カルボキシメチル化剤としてモノクロロ酢酸又はモノクロロ酢酸ナトリウムを使用する場合、0.90以上が好ましい。これにより十分カルボキシメチル化反応が進行し、未反応のモノクロロ酢酸又はモノクロロ酢酸ナトリウムの残留を抑制できる。上限は、2.45以下が好ましい。これにより、マーセル化剤が過剰となることがなく、マーセル化剤とモノクロロ酢酸又はモノクロロ酢酸ナトリウムによる副反応の進行が抑制されグリコール酸アルカリ金属塩の生成を抑制でき、経済的に反応を進めることができる。従って、マーセル化剤とカルボキシメチル化剤のモル比は、一般には0.90~2.45である。
The reaction temperature for etherification is usually 30° C. or higher, preferably 40° C. or higher, and the upper limit is usually 90° C. or lower, preferably 80° C. or lower. Therefore, the reaction temperature is usually 30 to 90° C., preferably 40 to 80° C. The reaction time is usually 30 minutes or more, preferably 1 hour or more, and the upper limit is usually 10 hours or less, preferably 4 hours or less. Therefore, the reaction time is usually 30 minutes to 10 hours, preferably 1 hour to 4 hours. The reaction liquid may be stirred as necessary during the carboxymethylation reaction.
The molar ratio of the mercerizing agent to the carboxymethylating agent (mercerizing agent/carboxymethylating agent) is preferably 0.90 or more when monochloroacetic acid or sodium monochloroacetate is used as the carboxymethylating agent. This allows the carboxymethylation reaction to proceed sufficiently, and the remaining unreacted monochloroacetic acid or sodium monochloroacetate can be suppressed. The upper limit is preferably 2.45 or less. This prevents the mercerizing agent from becoming excessive, suppresses the progress of side reactions between the mercerizing agent and monochloroacetic acid or sodium monochloroacetate, suppresses the production of glycolic acid alkali metal salts, and allows the reaction to proceed economically. Therefore, the molar ratio of the mercerizing agent to the carboxymethylating agent is generally 0.90 to 2.45.
カルボキシメチル化の方法としては、例えば、(方法1)水媒法(水を主とする溶媒下でマーセル化とカルボキシメチル化の両方を行う方法)、(方法2)溶媒法(水と有機溶媒との混合溶媒下でマーセル化とカルボキシメチル化の両方を行う方法)、及び、(方法3)マーセル化の際に水を主とする溶媒を、カルボキシメチル化の際には有機溶媒と水との混合溶媒を、それぞれ使用する方法が挙げられ、方法3が好ましい。これにより、セルロースの結晶化度が50%以上であり、かつ、カルボキシメチル化剤の有効利用率を維持しながら、カルボキシメチル基を局所的ではなく均一に導入でき、アニオン化度の絶対値が小さいカルボキシメチル化セルロースを経済的に得ることができる。Examples of methods for carboxymethylation include (Method 1) the aqueous medium method (a method in which both mercerization and carboxymethylation are carried out in a solvent mainly composed of water), (Method 2) the solvent method (a method in which both mercerization and carboxymethylation are carried out in a mixed solvent of water and an organic solvent), and (Method 3) a method in which a solvent mainly composed of water is used for mercerization and a mixed solvent of an organic solvent and water is used for carboxymethylation, with Method 3 being preferred. This allows carboxymethylated cellulose to be economically obtained with a crystallinity of 50% or more, carboxymethyl groups to be introduced uniformly rather than locally while maintaining the effective utilization rate of the carboxymethylating agent, and a small absolute value of the degree of anionization.
水を主とする溶媒における水の含有量は、通常は50質量%超、好ましくは55質量%以上、60質量%以上、70質量%以上、または80質量%以上、より好ましくは90質量%以上、さらに好ましくは95質量%以上、さらにより好ましくは100質量%である。これにより、カルボキシメチル基をセルロースにより均一に導入できる。水を主とする溶媒は、水以外の溶媒(例、前述した有機溶媒)を含んでもよい。水以外の溶媒の量は、通常は45質量%以下、好ましくは40質量%以下、30質量%以下、20質量%以下、または10質量%以下、より好ましくは5質量%以下、さらに好ましくは0質量%である。溶媒は、水と、必要に応じて水以外の溶媒とを所定量準備し、これらを混合して調製すればよい。The water content in the water-based solvent is usually more than 50% by mass, preferably 55% by mass or more, 60% by mass or more, 70% by mass or more, or 80% by mass or more, more preferably 90% by mass or more, even more preferably 95% by mass or more, and even more preferably 100% by mass. This allows the carboxymethyl group to be introduced more uniformly into the cellulose. The water-based solvent may contain a solvent other than water (e.g., the organic solvent described above). The amount of the solvent other than water is usually 45% by mass or less, preferably 40% by mass or less, 30% by mass or less, 20% by mass or less, or 10% by mass or less, more preferably 5% by mass or less, and even more preferably 0% by mass. The solvent may be prepared by preparing a predetermined amount of water and, if necessary, a solvent other than water, and mixing them.
マーセル化反応とカルボキシメチル化反応に使用するそれぞれの溶媒の水の含有量は、後者のほうが少ないこと(有機溶媒の含有量が後者の方が多いこと)が好ましい(セルロースの水分量を含まない)。これにより、得られるカルボキシメチル化セルロースの結晶化度を維持しやすくなり、所望の変性セルロースマイクロフィブリルを効率的に得ることができる。そのため、マーセル化反応の終了後カルボキシメチル化剤添加直後までの間に、有機溶媒または有機溶媒の水溶液を反応系に添加するか、又はマーセル化処理時の水以外の溶媒を削減し(例、減圧処理)水と有機溶媒との混合溶媒を形成させることが好ましい。このうち前者がより好ましい。これにより、カルボキシメチル化反応を簡便な手段で効率的に進行させることができる。有機溶媒の添加または削減の時期は、カルボキシメチル化剤を添加する前後30分以内が好ましい。The water content of the solvents used in the mercerization reaction and the carboxymethylation reaction is preferably less in the latter (the organic solvent content is greater in the latter) (not including the water content of cellulose). This makes it easier to maintain the crystallinity of the resulting carboxymethylated cellulose, and the desired modified cellulose microfibrils can be obtained efficiently. Therefore, it is preferable to add an organic solvent or an aqueous solution of an organic solvent to the reaction system between the end of the mercerization reaction and immediately after the addition of the carboxymethylating agent, or to reduce the amount of solvent other than water during the mercerization treatment (e.g., reduced pressure treatment) to form a mixed solvent of water and an organic solvent. Of these, the former is more preferable. This allows the carboxymethylation reaction to proceed efficiently by simple means. The timing of adding or reducing the organic solvent is preferably within 30 minutes before or after the addition of the carboxymethylating agent.
カルボキシメチル化の混合溶媒中の有機溶媒の割合は、水と有機溶媒との総和に対し20質量%以上又は30質量%以上が好ましく、40質量%以上がより好ましく、45質量%以上がさらに好ましく、50質量%以上がさらにより好ましい。これにより、均一なカルボキシメチル基の置換が起こりやすくなり、品質の安定したカルボキシメチル化セルロースを得ることができる。上限は、通常99質量%以下であればよく、有機溶媒のコストを考慮すると、好ましくは90質量%以下、より好ましくは85質量%以下、更に好ましくは80質量%以下、さらにより好ましくは70質量%以下である。The ratio of the organic solvent in the mixed solvent for carboxymethylation is preferably 20% by mass or more or 30% by mass or more, more preferably 40% by mass or more, even more preferably 45% by mass or more, and even more preferably 50% by mass or more, based on the total of water and organic solvent. This makes it easier for uniform carboxymethyl group replacement to occur, and carboxymethyl cellulose with stable quality can be obtained. The upper limit is usually 99% by mass or less, and considering the cost of the organic solvent, it is preferably 90% by mass or less, more preferably 85% by mass or less, even more preferably 80% by mass or less, and even more preferably 70% by mass or less.
カルボキシメチル化剤の有効利用率(AM)は、好ましくは15%以上、より好ましくは20%以上、さらに好ましくは25%以上、さらにより好ましくは30%以上である。上限は、実質的には80%以下であり、特に限定されない。カルボキシメチル化剤の有効利用率とは、カルボキシメチル化剤が有するカルボキシメチル基の量に対する、セルロースに導入されたカルボキシメチル基の量の割合を意味し、以下の式により算出できる:
AM=(DS×セルロースのモル数)/カルボキシメチル化剤のモル数
DS:カルボキシメチル置換度
セルロースのモル数=パルプ質量/162
パルプ質量は100℃で60分間乾燥した際の乾燥質量を意味し、162はセルロースのグルコース単位当たりの分子量を意味する。
The effective utilization rate (AM) of the carboxymethylating agent is preferably 15% or more, more preferably 20% or more, even more preferably 25% or more, and even more preferably 30% or more. The upper limit is not particularly limited and is substantially 80% or less. The effective utilization rate of the carboxymethylating agent means the ratio of the amount of carboxymethyl groups introduced into cellulose to the amount of carboxymethyl groups possessed by the carboxymethylating agent, and can be calculated by the following formula:
AM = (DS x moles of cellulose) / moles of carboxymethylating agent DS: degree of carboxymethyl substitution Moles of cellulose = mass of pulp / 162
The pulp mass means the dry mass when dried at 100° C. for 60 minutes, and 162 means the molecular weight per glucose unit of cellulose.
(酸型カルボキシアルキル化セルロース)
カルボキシアルキル化セルロースは、酸型カルボキシル基を塩型カルボキシル基よりも多く含有してもよいし、塩型カルボキシル基を酸型カルボキシル基よりも多く含有してもよい。カルボキシアルキル化セルロースは、さらに脱塩処理を経ていてもよい。これにより、塩型カルボキシル基を酸型カルボキシル基に変換できる。酸型カルボキシアルキル化セルロースが有するカルボキシル基の量に対する酸型カルボキシル基の量の割合は、40%以上が好ましく、60%以上がより好ましく、85%以上がさらに好ましい。酸型カルボキシル基の割合の算出方法は前述のとおりである。
(Acid-type carboxyalkylated cellulose)
The carboxyalkylated cellulose may contain more acid type carboxyl groups than salt type carboxyl groups, or may contain more salt type carboxyl groups than acid type carboxyl groups. The carboxyalkylated cellulose may further be subjected to a desalting treatment. This allows the salt type carboxyl groups to be converted into acid type carboxyl groups. The ratio of the amount of acid type carboxyl groups to the amount of carboxyl groups in the acid type carboxyalkylated cellulose is preferably 40% or more, more preferably 60% or more, and even more preferably 85% or more. The method for calculating the ratio of acid type carboxyl groups is as described above.
脱塩を行う時期は、通常はカルボキシアルキル化後であり、好ましくはエーテル化後フィブリル化前である。脱塩の方法としては例えば、カルボキシアルキル化セルロースを陽イオン交換樹脂と接触させる方法が挙げられる。陽イオン交換樹脂は、対イオンがH+である限り、強酸性イオン交換樹脂および弱酸性イオン交換樹脂のいずれも用いることができる。カルボキシアルキル化セルロースを陽イオン交換樹脂と接触させる際の両者の比率は、特に限定されず、当業者であれば、プロトン置換を効率的に行うとの観点から適宜設定し得る。一例を挙げると、カルボキシアルキル化セルロース水分散体に対し、陽イオン交換樹脂添加後の水分散体のpHが好ましくは2~6、より好ましくは2~5となるように、比率を調整できる。接触後の陽イオン交換樹脂の回収は、吸引ろ過等の常法により行えばよい。 The timing of desalting is usually after carboxyalkylation, preferably after etherification and before fibrillation. For example, the desalting method may be a method of contacting carboxyalkylated cellulose with a cation exchange resin. As the cation exchange resin, either a strong acid ion exchange resin or a weak acid ion exchange resin can be used as long as the counter ion is H + . The ratio of the two when contacting carboxyalkylated cellulose with a cation exchange resin is not particularly limited, and a person skilled in the art can appropriately set it from the viewpoint of efficient proton replacement. For example, the ratio can be adjusted so that the pH of the aqueous dispersion after addition of the cation exchange resin is preferably 2 to 6, more preferably 2 to 5, relative to the carboxyalkylated cellulose aqueous dispersion. The cation exchange resin after contact may be recovered by a conventional method such as suction filtration.
(エステル化(例、リン酸エステル化))
エステル化としては、例えば、セルロース系原料に対しリン酸基を有する化合物を反応させる方法(リン酸エステル化)が挙げられる。リン酸エステル化方法としては、例えば、セルロース系原料にリン酸基を有する化合物の粉末または水溶液を混合する方法、セルロース系原料の水分散体にリン酸基を有する化合物の水溶液を添加する方法が挙げられ、後者が好ましい。これにより、反応の均一性を高め、且つエステル化効率を高めることができる。
(Esterification (e.g., phosphate esterification))
As an example of the esterification, there is a method (phosphorylation) in which a compound having a phosphoric acid group is reacted with a cellulosic raw material. Examples of the phosphoric acid esterification method include a method in which a powder or an aqueous solution of a compound having a phosphoric acid group is mixed with the cellulosic raw material, and a method in which an aqueous solution of a compound having a phosphoric acid group is added to an aqueous dispersion of the cellulosic raw material, with the latter being preferred. This can increase the uniformity of the reaction and the efficiency of esterification.
リン酸基を有する化合物としては例えば、リン酸、ポリリン酸、亜リン酸、ホスホン酸、ポリホスホン酸、これらのエステル、これらの塩が挙げられ、より詳細には例えば、リン酸、リン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、リン酸三ナトリウム、ピロリン酸ナトリウム、メタリン酸ナトリウム、リン酸二水素カリウム、リン酸水素二カリウム、リン酸三カリウム、ピロリン酸カリウム、メタリン酸カリウム、リン酸二水素アンモニウム、リン酸水素二アンモニウム、リン酸三アンモニウム、ピロリン酸アンモニウム、メタリン酸アンモニウムが挙げられる。これらは低コストであり、扱い易く、セルロースにリン酸基を導入して、解繊効率の向上が図れる。リン酸基を有する化合物は、1種、または2種以上の組み合わせでもよい。これらのうち、リン酸基導入の効率が高く、フィブリル化が容易であり、かつ工業的に適用しやすい観点から、リン酸、リン酸のナトリウム塩、リン酸のカリウム塩、リン酸のアンモニウム塩が好ましく、リン酸のナトリウム塩がより好ましく、リン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウムがさらに好ましい。反応の均一性が高まり、且つリン酸基導入の効率が高くなることから、エステル化においてはリン酸基を有する化合物の水溶液を用いることが好ましい。リン酸基を有する化合物の水溶液のpHは、リン酸基導入の効率が高くなることから7以下が好ましく、さらに繊維の加水分解を抑えられることから3~7がより好ましい。Examples of compounds having a phosphate group include phosphoric acid, polyphosphoric acid, phosphorous acid, phosphonic acid, polyphosphonic acid, esters thereof, and salts thereof. More specifically, examples include phosphoric acid, sodium dihydrogen phosphate, disodium hydrogen phosphate, trisodium phosphate, sodium pyrophosphate, sodium metaphosphate, potassium dihydrogen phosphate, dipotassium hydrogen phosphate, tripotassium phosphate, potassium pyrophosphate, potassium metaphosphate, ammonium dihydrogen phosphate, diammonium hydrogen phosphate, triammonium phosphate, ammonium pyrophosphate, and ammonium metaphosphate. These are low cost and easy to handle, and can be used to introduce phosphate groups into cellulose to improve defibration efficiency. The compound having a phosphate group may be one type or a combination of two or more types. Among these, from the viewpoints of high efficiency of introduction of phosphate groups, easy fibrillation, and ease of industrial application, phosphoric acid, sodium salts of phosphoric acid, potassium salts of phosphoric acid, and ammonium salts of phosphoric acid are preferred, sodium salts of phosphoric acid are more preferred, and sodium dihydrogen phosphate and disodium hydrogen phosphate are even more preferred. It is preferable to use an aqueous solution of a compound having a phosphate group in the esterification because it increases the uniformity of the reaction and increases the efficiency of introduction of phosphate groups. The pH of the aqueous solution of the compound having a phosphate group is preferably 7 or less since this increases the efficiency of introducing the phosphate group, and more preferably 3 to 7 since this also suppresses hydrolysis of the fibers.
リン酸エステル化方法を一例を挙げて以下に説明する。セルロース系原料の懸濁液(例えば、固形分濃度0.1~10質量%)にリン酸基を有する化合物を撹拌しながら添加し、セルロースにリン酸基を導入する。セルロース系原料を100質量部とした際に、リン酸基を有する化合物の添加量はリン原子の量として、0.2質量部以上が好ましく、1質量部以上がより好ましい。これにより、エステル化セルロースの収率をより向上させることができる。上限は、500質量部以下が好ましく、400質量部以下がより好ましい。これにより、リン酸基を有する化合物の使用量に見合った収率を効率よく得ることができる。従って、0.2~500質量部が好ましく、1~400質量部がより好ましい。An example of the phosphate esterification method is described below. A compound having a phosphate group is added to a suspension of a cellulose-based raw material (e.g., solid content concentration 0.1 to 10% by mass) while stirring, and phosphate groups are introduced into the cellulose. When the cellulose-based raw material is 100 parts by mass, the amount of the compound having a phosphate group added is preferably 0.2 parts by mass or more, more preferably 1 part by mass or more, in terms of the amount of phosphorus atoms. This can further improve the yield of esterified cellulose. The upper limit is preferably 500 parts by mass or less, more preferably 400 parts by mass or less. This can efficiently obtain a yield that corresponds to the amount of the compound having a phosphate group used. Therefore, 0.2 to 500 parts by mass is preferable, and 1 to 400 parts by mass is more preferable.
セルロース系原料に対しリン酸基を有する化合物を反応させる際、さらに塩基性化合物を反応系に加えてもよい。塩基性化合物を反応系に加える方法としては例えば、セルロース系原料の水分散体、リン酸基を有する化合物の水溶液、またはセルロース系原料とリン酸基を有する化合物の水分散体に、塩基性化合物を添加する方法が挙げられる。When reacting a compound having a phosphate group with a cellulosic raw material, a basic compound may also be added to the reaction system. Examples of methods for adding a basic compound to the reaction system include adding a basic compound to an aqueous dispersion of a cellulosic raw material, an aqueous solution of a compound having a phosphate group, or an aqueous dispersion of a cellulosic raw material and a compound having a phosphate group.
塩基性化合物は特に限定されないが、塩基性を示すことが好ましく、塩基性を示す窒素含有化合物がより好ましい。「塩基性を示す」とは通常、フェノールフタレイン指示薬の存在下で塩基性化合物の水溶液が桃~赤色を呈すること、および/または、塩基性化合物の水溶液のpHが7より大きいことを意味する。塩基性化合物は、好ましくは、塩基性を示す窒素原子を有する化合物であり、より好ましくは、塩基性を示すアミノ基を有する化合物である。塩基性を示すアミノ基を有する化合物としては、例えば、尿素、メチルアミン、エチルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ピリジン、エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンが挙げられる。この中でも低コストで扱いやすい点で、尿素が好ましい。塩基性化合物の添加量は、2~1000質量部が好ましく、100~700質量部がより好ましい。反応温度は0~95℃が好ましく、30~90℃がより好ましい。反応時間は特に限定されないが、通常1~600分程度であり、30~480分が好ましい。エステル化反応の条件がこれらのいずれかの範囲内であると、セルロースが過度にエステル化されて溶解しやすくなることを抑制でき、リン酸エステル化セルロースの収率を向上できる。The basic compound is not particularly limited, but preferably exhibits basicity, and more preferably is a nitrogen-containing compound exhibiting basicity. "Exhibits basicity" usually means that an aqueous solution of the basic compound exhibits a pink to red color in the presence of a phenolphthalein indicator, and/or that the pH of the aqueous solution of the basic compound is greater than 7. The basic compound is preferably a compound having a nitrogen atom exhibiting basicity, and more preferably a compound having an amino group exhibiting basicity. Examples of compounds having an amino group exhibiting basicity include urea, methylamine, ethylamine, trimethylamine, triethylamine, monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, pyridine, ethylenediamine, and hexamethylenediamine. Among these, urea is preferred because of its low cost and ease of handling. The amount of the basic compound added is preferably 2 to 1,000 parts by mass, more preferably 100 to 700 parts by mass. The reaction temperature is preferably 0 to 95°C, more preferably 30 to 90°C. The reaction time is not particularly limited, but is usually about 1 to 600 minutes, and preferably 30 to 480 minutes. When the esterification reaction conditions are within any of these ranges, the cellulose can be prevented from being excessively esterified and becoming easily soluble, and the yield of phosphated cellulose can be improved.
セルロース系原料にリン酸基を有する化合物を反応させた後、リン酸エステル化セルロースの懸濁液が得られる。リン酸エステル化セルロースの懸濁液は、必要に応じて脱水されてもよい。脱水後に加熱処理を行うことが好ましい。これにより、セルロースの加水分解を抑制できる。加熱温度は、100~170℃が好ましい。加熱処理の際に水が含まれている間は130℃以下(好ましくは110℃以下)で加熱し、水を除いた後100~170℃で加熱処理することがより好ましい。After reacting the cellulosic raw material with a compound having a phosphate group, a suspension of cellulose phosphate is obtained. The suspension of cellulose phosphate may be dehydrated as necessary. It is preferable to carry out a heat treatment after dehydration, which can suppress hydrolysis of cellulose. The heating temperature is preferably 100 to 170°C. It is more preferable to heat the material at 130°C or less (preferably 110°C or less) while it contains water during the heat treatment, and then heat the material at 100 to 170°C after removing the water.
リン酸エステル化セルロースのグルコース単位当たりのリン酸基置換度は0.001以上が好ましい。これにより、十分なフィブリル化が実施できる。上限は、0.40未満が好ましい。これにより、リン酸エステル化セルロースの膨潤または溶解を抑制できる。従って、リン酸基置換度は、0.001以上0.40未満が好ましい。リン酸エステル化反応により、セルロースにリン酸基置換基が導入され、セルロース同士が電気的に反発する。そのため、リン酸エステル化セルロースを容易にフィブリル化することができる。リン酸エステル化後には、煮沸後冷水で洗浄する等の洗浄処理がなされることが好ましい。これによりフィブリル化を効率よく行うことができる。The degree of phosphate group substitution per glucose unit of the phosphated cellulose is preferably 0.001 or more. This allows sufficient fibrillation to be performed. The upper limit is preferably less than 0.40. This allows the swelling or dissolution of the phosphated cellulose to be suppressed. Therefore, the degree of phosphate group substitution is preferably 0.001 or more and less than 0.40. By the phosphate esterification reaction, phosphate group substituents are introduced into the cellulose, and the cellulose particles repel each other electrically. Therefore, the phosphated cellulose can be easily fibrillated. After the phosphate esterification, it is preferable to perform a washing treatment such as boiling and washing with cold water. This allows efficient fibrillation.
<工程(2):解繊(フィブリル化)工程>
工程(2)では、工程(1)で得た変性セルロースを、pH7以下、固形分濃度0.1~15質量%の条件で機械的処理して解繊する。これにより、変性セルロースマイクロフィブリルが得られる。解繊(フィブリル化)は、通常は機械的処理により得られ、機械的処理は離解または叩解処理であることが好ましい。機械的処理(好ましくは叩解または離解処理)は、通常は湿式で(すなわち、水分散体の形態で)行う。機械的処理に用いる装置としては、例えば、精製装置(リファイナー;例、ディスク型、コニカル型、シリンダー型)、高速解繊機、せん断型撹拌機、コロイドミル、高圧噴射分散機、ビーター、PFIミル、ニーダー、ディスパーザー、高速離解機(トップファイナー)、高圧または超高圧ホモジナイザー、グラインダー(石臼型粉砕機)、ボールミル、振動ミル、ビーズミル、1軸、2軸又は多軸の混錬機・押出機高速回転下でのホモミキサー、精製装置(refiner)、デフィブレーター(defibrator)、摩擦グラインダー、高せん断デフィブレーター(high-share defibrator)、ディスパージャー(disperger)、ホモゲナイザー(例、微細流動化機(microfluidizer))等の機械的な解繊力を付与できる装置が挙げられ、湿式にて解繊力を付与できる装置が好ましく、高速離解機、精製装置がより好ましいが、特に限定されない。
<Step (2): Defibrillation (fibrillation) step>
In step (2), the modified cellulose obtained in step (1) is mechanically treated to defibrate the cellulose at a pH of 7 or less and a solid content of 0.1 to 15% by mass. This produces modified cellulose microfibrils. Defibration (fibrillation) is usually achieved by a mechanical treatment, which is preferably a defibration or beating treatment. The mechanical treatment (preferably a beating or defibration treatment) is usually carried out in a wet manner (i.e., in the form of an aqueous dispersion). Examples of the apparatus used for the mechanical treatment include refiners (e.g., disk type, conical type, cylinder type), high-speed defibrators, shear type agitators, colloid mills, high-pressure jet dispersers, beaters, PFI mills, kneaders, dispersers, high-speed disintegrators (top finers), high-pressure or ultra-high-pressure homogenizers, grinders (stone-type grinders), ball mills, vibration mills, bead mills, single-axis, twin-axis, or multi-axis kneaders/extruders, homomixers under high-speed rotation, refiners, defibrators, friction grinders, high-shear defibrators, etc. Examples of the device include a device capable of imparting a mechanical defibration force, such as a defibrator, a disperger, or a homogenizer (e.g., a microfluidizer), of which a device capable of imparting a wet defibration force is preferred, and a high-speed disintegrator or a refining device is more preferred, but there are no particular limitations on the device.
湿式で解繊を行う場合、通常は、工程(1)で得られる変性セルロースを水に分散し水分散体を調製して、水分散体を機械的処理に供する。工程(1)で得られる水分散体における変性セルロースの固形分濃度は、0.1質量%以上が好ましく、0.5質量%以上がより好ましく、1.0質量%以上がさらに好ましく、1.5質量%以上がさらにより好ましい。濃度の上限としては、15質量%以下が好ましく、10質量%以下がより好ましく、8質量%以下がさらに好ましい。機械的処理の際のpHは、7以下が好ましく、6以下がより好ましく、5以下がさらに好ましい。従来は、解繊性向上の観点から、機械的処理の前にアルカリ等のpH調整剤を添加してpHを7超に調整することがあったが、本発明においてはpHを7以下とすることにより所望のマイクロフィブリルが得られることを見出したものである。pHの下限は、特に限定されないが、通常は2以上、好ましくは3以上、より好ましくは3.5以上である。pHの調整は、例えば、水分散体に酸(例、塩酸)、アルカリ(例、水酸化ナトリウム、炭酸水素ナトリウム)等のpH調整剤を添加して行うことができる。水分散体の調製に先立ち、化学変性セルロースを乾式粉砕する(例、乾燥後に粉砕する)等の前処理を行ってもよい。乾式粉砕に用いる装置としては、例えば、ハンマーミル、ピンミル等の衝撃式ミル、ボールミル、タワーミル等の媒体ミル、ジェットミルが挙げられるが、特に限定されない。pH及び固形分濃度の調整のための処理は、工程(1)終了後に適宜行えばよいが、工程(1)終了時に(好ましくは、必要に応じて変性後行われる洗浄処理の際に)pH及び固形分濃度がすでに上記の範囲内であれば、調整は省略できる。When defibration is performed in a wet manner, the modified cellulose obtained in step (1) is usually dispersed in water to prepare an aqueous dispersion, and the aqueous dispersion is subjected to mechanical treatment. The solid content concentration of the modified cellulose in the aqueous dispersion obtained in step (1) is preferably 0.1% by mass or more, more preferably 0.5% by mass or more, even more preferably 1.0% by mass or more, and even more preferably 1.5% by mass or more. The upper limit of the concentration is preferably 15% by mass or less, more preferably 10% by mass or less, and even more preferably 8% by mass or less. The pH during mechanical treatment is preferably 7 or less, more preferably 6 or less, and even more preferably 5 or less. In the past, from the viewpoint of improving defibration, a pH adjuster such as an alkali was added before the mechanical treatment to adjust the pH to more than 7, but in the present invention, it has been found that the desired microfibrils can be obtained by setting the pH to 7 or less. The lower limit of the pH is not particularly limited, but is usually 2 or more, preferably 3 or more, and more preferably 3.5 or more. The pH can be adjusted by adding a pH adjuster such as an acid (e.g., hydrochloric acid) or an alkali (e.g., sodium hydroxide, sodium bicarbonate) to the aqueous dispersion. Prior to the preparation of the aqueous dispersion, the chemically modified cellulose may be subjected to a pretreatment such as dry grinding (e.g., grinding after drying). Examples of the apparatus used for dry grinding include, but are not limited to, impact mills such as hammer mills and pin mills, media mills such as ball mills and tower mills, and jet mills. Treatments for adjusting the pH and solid content concentration may be appropriately performed after the end of step (1), but if the pH and solid content concentration are already within the above ranges at the end of step (1) (preferably during the washing treatment performed after modification as necessary), the adjustments can be omitted.
解繊の条件は、処理後の平均繊維径、平均繊維長及びアスペクト比が後述の範囲内となる条件を適宜選択できる。これにより、得られる変性セルロースマイクロフィブリルは、未解繊のセルロース繊維に比べて高い保水性を呈し得る。微細に解繊されたセルロースナノファイバーに比較して少量でも高い強度付与効果や歩留まり向上効果を発揮し得る。解繊の条件は、フィブリル化率、または、解繊前後のサンプルのフィブリル化率の差Δfが前述の範囲となるような条件を適宜選択してもよい。解繊の終了時には、必要に応じて、水分散液のpHを中性付近(約7.0前後、例えば6.5~7.5)に調整することが好ましい。pHの調整は、例えば、水分散体に上述のpH調整剤を添加して行うことができる。The defibration conditions can be appropriately selected so that the average fiber diameter, average fiber length, and aspect ratio after treatment are within the ranges described below. As a result, the resulting modified cellulose microfibrils can exhibit higher water retention than undefibrated cellulose fibers. Compared to finely defibrated cellulose nanofibers, even a small amount can exhibit high strength-improving effects and yield-improving effects. The defibration conditions can be appropriately selected so that the fibrillation rate or the difference Δf in the fibrillation rates of the samples before and after defibration is within the above-mentioned range. At the end of defibration, it is preferable to adjust the pH of the aqueous dispersion to near neutral (about 7.0, for example 6.5 to 7.5) as necessary. The pH can be adjusted, for example, by adding the above-mentioned pH adjuster to the aqueous dispersion.
<任意の後処理>
変性セルロースマイクロフィブリルは、工程(2)終了後に得られる水分散体の状態で最終製品としてもよいし、必要に応じて後処理を経てもよい。後処理の方法としては、例えば、乾燥(例、凍結乾燥法、噴霧乾燥法、棚段式乾燥法、ドラム乾燥法、ベルト乾燥法、ガラス板等に薄く伸展し乾燥する方法、流動床乾燥法、マイクロウェーブ乾燥法、起熱ファン式減圧乾燥法)、水への再分散(分散装置は限定されない)、粉砕(例えば、カッターミル、ハンマーミル、ピンミル、ジェットミル等の機器を使用した粉砕)が挙げられるが、特に限定されない。
<Optional post-processing>
The modified cellulose microfibrils may be used as a final product in the form of an aqueous dispersion obtained after the completion of step (2), or may be subjected to post-treatment as necessary. Examples of the post-treatment method include, but are not limited to, drying (e.g., freeze drying, spray drying, tray drying, drum drying, belt drying, thin spreading on a glass plate or the like and drying, fluidized bed drying, microwave drying, and heated fan-type reduced pressure drying), redispersion in water (dispersion apparatus is not limited), and pulverization (e.g., pulverization using equipment such as a cutter mill, hammer mill, pin mill, or jet mill).
<変性セルロースマイクロフィブリル>
本発明において、変性セルロースマイクロフィブリルは、通常、変性セルロースのフィブリル化繊維である。工程(2)を経ることにより、処理前と比較して比表面積が大きくなり、保水性や強度付与効果の向上が期待される。また、工程(1)を経ることにより、工程(2)の際に繊維同士がほぐれやすく、変性を経ない場合と比較して少ない電力で効率よくフィブリル化を進めることができる。また、水との親和性が向上し、繊維長が比較的長くとも良好な保水性を呈することができる。
<Modified cellulose microfibrils>
In the present invention, the modified cellulose microfibril is usually a fibrillated fiber of modified cellulose. By undergoing step (2), the specific surface area is increased compared to before the treatment, and it is expected that the water retention and strength imparting effects will be improved. In addition, by undergoing step (1), the fibers are easily loosened during step (2), and fibrillation can be efficiently carried out with less power compared to when no modification is performed. In addition, affinity with water is improved, and good water retention can be exhibited even if the fiber length is relatively long.
(変性セルロースマイクロフィブリルの形状)
変性セルロースマイクロフィブリルの形状における特徴は以下のとおりである。フィブリル化を経ない変性セルロースと比較すると、通常、繊維表面にセルロースのミクロフィブリルの毛羽立ちがみられる。化学変性セルロースナノファイバーと比較すると、通常、繊維自体の微細化が抑制され、繊維表面の毛羽立ち(外部フィブリル化)が効率よくなされている。化学変性なされていないフィブリル化セルロースナノファイバーと比較すると、保水性が良好であり、チキソトロピー性が観察される。変性セルロースマイクロフィブリルは、好ましくは、化学変性セルロースのフィブリル化繊維である。これにより、フィブリル化の際に繊維同士がほぐれやすく、繊維の損傷を抑制できる。
(Shape of modified cellulose microfibrils)
The characteristics of the shape of the modified cellulose microfibrils are as follows. Compared with modified cellulose that has not undergone fibrillation, fluffing of cellulose microfibrils is usually observed on the fiber surface. Compared with chemically modified cellulose nanofibers, fineness of the fiber itself is usually suppressed, and fluffing (external fibrillation) on the fiber surface is efficiently achieved. Compared with fibrillated cellulose nanofibers that have not been chemically modified, water retention is good, and thixotropy is observed. The modified cellulose microfibrils are preferably fibrillated fibers of chemically modified cellulose. This allows the fibers to easily come apart during fibrillation, suppressing damage to the fibers.
(平均繊維径、平均繊維長、繊維長分布及びアスペクト比)
変性セルロースマイクロフィブリルの平均繊維径は、通常500nm以上、1μm以上が好ましく、10μm以上がより好ましい。これにより、未解繊のセルロース繊維に比べて高い保水性を呈することができ、微細に解繊されたセルロースナノファイバーと比較して少量でも高い強度付与効果や歩留まり向上効果が得られる。平均繊維径の上限は60μm以下が好ましく、40μm以下がより好ましく、30μm以下がさらに好ましく、20μm以下、18μm以下又は17μm以下がさらにより好ましいが、特に制限はない。
(Average fiber diameter, average fiber length, fiber length distribution and aspect ratio)
The average fiber diameter of the modified cellulose microfibrils is usually 500 nm or more, preferably 1 μm or more, and more preferably 10 μm or more. This allows the microfibrillated cellulose fibers to exhibit higher water retention than undefibrated cellulose fibers, and even a small amount of the microfibrillated cellulose fibers can provide higher strength and yield improvement effects than finely defibrated cellulose nanofibers. The upper limit of the average fiber diameter is preferably 60 μm or less, more preferably 40 μm or less, even more preferably 30 μm or less, and even more preferably 20 μm or less, 18 μm or less, or 17 μm or less, but there is no particular limit.
平均繊維長は、500μm以上又は550μm以上が好ましく、600μm以上、700μm以上、800μm以上がより好ましい。平均繊維長の上限は、特に限定されないが、3,000μm以下が好ましく、2,500μm以下が好ましく、2,000μm以下がより好ましく、1,500μm以下がさらに好ましい。The average fiber length is preferably 500 μm or more or 550 μm or more, more preferably 600 μm or more, 700 μm or more, or 800 μm or more. The upper limit of the average fiber length is not particularly limited, but is preferably 3,000 μm or less, preferably 2,500 μm or less, more preferably 2,000 μm or less, and even more preferably 1,500 μm or less.
繊維長分布は、以下のいずれかを満たすことが好ましく、繊維長0.6~1.2mmが下記の範囲を満たすことがより好ましい:
繊維長0~0.2mmの割合が、好ましくは50%以下、より好ましくは45%以下(下限は好ましくは3%以上、より好ましくは5%以上)
繊維長0.2~0.6mmの割合が好ましくは50%以下、より好ましくは45%以下(下限は好ましくは10%以上、より好ましくは15%以上)
繊維長0.6~1.2mmの割合が好ましくは18%以上、より好ましくは20%以上(上限は好ましくは45%以下、より好ましくは40%以下)
繊維長1.2~2.0mmの割合が好ましくは1%以上、より好ましくは1.05%以上(上限は好ましくは50以下、より好ましくは45%以下)
繊維長2.0~3.2mmの割合が好ましくは0.02%以上、より好ましくは0.05%以上(上限は好ましくは20%以下、より好ましくは15%以下)
繊維長3.2~7.6mmの割合が好ましくは1.5%以下、より好ましくは1%以下(下限は0以上であればよい)
The fiber length distribution preferably satisfies any one of the following, and more preferably the fiber length of 0.6 to 1.2 mm satisfies the following range:
The proportion of fiber lengths of 0 to 0.2 mm is preferably 50% or less, more preferably 45% or less (the lower limit is preferably 3% or more, more preferably 5% or more).
The proportion of fiber lengths of 0.2 to 0.6 mm is preferably 50% or less, more preferably 45% or less (the lower limit is preferably 10% or more, more preferably 15% or more).
The proportion of fiber lengths of 0.6 to 1.2 mm is preferably 18% or more, more preferably 20% or more (the upper limit is preferably 45% or less, more preferably 40% or less).
The proportion of fiber lengths of 1.2 to 2.0 mm is preferably 1% or more, more preferably 1.05% or more (the upper limit is preferably 50% or less, more preferably 45% or less).
The proportion of fiber lengths between 2.0 and 3.2 mm is preferably 0.02% or more, more preferably 0.05% or more (the upper limit is preferably 20% or less, more preferably 15% or less).
The proportion of fiber lengths between 3.2 and 7.6 mm is preferably 1.5% or less, more preferably 1% or less (the lower limit may be 0 or more).
酸化セルロースマイクロフィブリルの繊維長分布は、以下のいずれかを満たすことが好ましい:
繊維長0~0.2mmの割合が、好ましくは30%以下、より好ましくは25%以下(下限は好ましくは3%以上、より好ましくは5%以上)
繊維長0.2~0.6mmの割合が好ましくは50%以下、より好ましくは45%以下(下限は好ましくは10%以上、より好ましくは15%以上)
繊維長0.6~1.2mmの割合が好ましくは20%以上、より好ましくは25%以上(上限は好ましくは45%以下、より好ましくは40%以下)
繊維長1.2~2.0mmの割合が好ましくは3%以上、より好ましくは5%以上(上限は好ましくは50以下、より好ましくは45%以下)
繊維長2.0~3.2mmの割合が好ましくは1%以上、より好ましくは2%以上(上限は好ましくは20%以下、より好ましくは15%以下)
繊維長3.2~7.6mmの割合が好ましくは1.5%以下、より好ましくは1%以下(下限は0以上であればよい)
The fiber length distribution of the oxidized cellulose microfibrils preferably satisfies any one of the following:
The proportion of fiber lengths of 0 to 0.2 mm is preferably 30% or less, more preferably 25% or less (the lower limit is preferably 3% or more, more preferably 5% or more).
The proportion of fiber lengths of 0.2 to 0.6 mm is preferably 50% or less, more preferably 45% or less (the lower limit is preferably 10% or more, more preferably 15% or more).
The proportion of fiber lengths of 0.6 to 1.2 mm is preferably 20% or more, more preferably 25% or more (the upper limit is preferably 45% or less, more preferably 40% or less).
The proportion of fiber lengths of 1.2 to 2.0 mm is preferably 3% or more, more preferably 5% or more (the upper limit is preferably 50% or less, more preferably 45% or less).
The proportion of fiber lengths of 2.0 to 3.2 mm is preferably 1% or more, more preferably 2% or more (the upper limit is preferably 20% or less, more preferably 15% or less).
The proportion of fiber lengths between 3.2 and 7.6 mm is preferably 1.5% or less, more preferably 1% or less (the lower limit may be 0 or more).
カルボキシアルキル化セルロースマイクロフィブリルの繊維長分布は、以下のいずれかを満たすことが好ましい:
繊維長0~0.2mmの割合が、好ましくは50%以下、より好ましくは45%以下(下限は好ましくは20%以上、より好ましくは30%以上)
繊維長0.2~0.6mmの割合が好ましくは50%以下、より好ましくは45%以下(下限は好ましくは10%以上、より好ましくは20%以上)
繊維長0.6~1.2mmの割合が好ましくは15%以上、より好ましくは20%以上(上限は好ましくは30%以下、より好ましくは25%以下)
繊維長1.2~2.0mmの割合が好ましくは1%以上、より好ましくは1.05%以上(上限は好ましくは5以下、より好ましくは3%以下)
繊維長2.0~3.2mmの割合が好ましくは0.01%以上、より好ましくは0.04%以上(上限は好ましくは5%以下、より好ましくは3%以下)
繊維長3.2~7.6mmの割合が好ましくは1.5%以下、より好ましくは1%以下(下限は0以上であればよい)
The fiber length distribution of the carboxyalkylated cellulose microfibrils preferably satisfies any one of the following:
The proportion of fiber lengths of 0 to 0.2 mm is preferably 50% or less, more preferably 45% or less (the lower limit is preferably 20% or more, more preferably 30% or more).
The proportion of fiber lengths of 0.2 to 0.6 mm is preferably 50% or less, more preferably 45% or less (the lower limit is preferably 10% or more, more preferably 20% or more).
The proportion of fiber lengths of 0.6 to 1.2 mm is preferably 15% or more, more preferably 20% or more (the upper limit is preferably 30% or less, more preferably 25% or less).
The proportion of fiber lengths between 1.2 and 2.0 mm is preferably 1% or more, more preferably 1.05% or more (the upper limit is preferably 5% or less, more preferably 3% or less).
The proportion of fiber lengths between 2.0 and 3.2 mm is preferably 0.01% or more, more preferably 0.04% or more (the upper limit is preferably 5% or less, more preferably 3% or less).
The proportion of fiber lengths between 3.2 and 7.6 mm is preferably 1.5% or less, more preferably 1% or less (the lower limit may be 0 or more).
平均繊維径、平均繊維長及び繊維長分布は、フラクショネーター(例えば、バルメット株式会社製フラクショネーター)により求めることができる。フラクショネーターを用いた場合、それぞれ、length-weighted fiber width、length-weighted average fiber length、及びf1~f6(l)%:Fraction 1~6 percentage of length weighted distributionとして求めることができる。The average fiber diameter, average fiber length, and fiber length distribution can be determined using a fractionator (e.g., a fractionator manufactured by Valmet Co., Ltd.). When a fractionator is used, the length-weighted fiber width, length-weighted average fiber length, and f1 to f6(l)%: Fraction 1 to 6 percentage of length weighted distribution can be determined, respectively.
変性セルロースマイクロフィブリルのアスペクト比は、30以上又は35以上が好ましく、40以上がより好ましく、50以上がさらに好ましく、60以上がさらにより好ましい。アスペクト比の上限は特に限定されないが、1000以下が好ましく、100以下がより好ましく、80以下がさらに好ましい。アスペクト比は、下記の式により算出できる:
アスペクト比=平均繊維長/平均繊維径。
The aspect ratio of the modified cellulose microfibrils is preferably 30 or more or 35 or more, more preferably 40 or more, even more preferably 50 or more, and even more preferably 60 or more. There is no particular upper limit to the aspect ratio, but it is preferably 1000 or less, more preferably 100 or less, and even more preferably 80 or less. The aspect ratio can be calculated by the following formula:
Aspect ratio = average fiber length/average fiber diameter.
(透明度)
変性セルロースマイクロフィブリルの水分散体(固形分濃度1質量%)の透明度(660nm光の透過率)は、60%未満が好ましく、40%以下がより好ましく、30%以下がさらに好ましく、20%以下がさらにより好ましく、13%以下がとりわけ好ましい。これにより、フィブリル化の程度が適度であり、本発明の効果を十分得ることができる。下限は0%以上でよく、特に限定されない。変性セルロースマイクロフィブリルの水分散体(固形分濃度2%以上程度)は、通常、半透明から白色を示し、ゲル状、クリーム状、またはペースト状を示す。
(Transparency)
The transparency (transmittance of 660 nm light) of the aqueous dispersion of modified cellulose microfibrils (solid content concentration of 1% by mass) is preferably less than 60%, more preferably 40% or less, even more preferably 30% or less, even more preferably 20% or less, and particularly preferably 13% or less. This ensures a moderate degree of fibrillation, and allows the effects of the present invention to be fully obtained. The lower limit may be 0% or more, and is not particularly limited. The aqueous dispersion of modified cellulose microfibrils (solid content concentration of about 2% or more) is usually translucent to white, and is in the form of a gel, cream, or paste.
なお、本明細書において、変性セルロースマイクロフィブリルの水分散体は、特段の説明がない場合、上記繊維を分散媒としての水に分散させてなる分散体を意味する。In this specification, unless otherwise specified, the aqueous dispersion of modified cellulose microfibrils means a dispersion obtained by dispersing the above-mentioned fibers in water as a dispersion medium.
(比表面積)
変性セルロースマイクロフィブリルのBET比表面積は、好ましくは30m2/g以上、より好ましくは40m2/g以上、さらに好ましくは50m2/g以上である。上限は、好ましくは200m2/g以下、より好ましくは150m2/g以下、さらに好ましくは100m2/g以下である。BET比表面積は、窒素ガス吸着法(JIS Z 8830)に従い、水分散体をt-BuOHで置換後、凍結乾燥したサンプルをBET比表面積計で測定できる。
(Specific surface area)
The BET specific surface area of the modified cellulose microfibrils is preferably 30 m2 /g or more, more preferably 40 m2 /g or more, and even more preferably 50 m2 /g or more. The upper limit is preferably 200 m2 /g or less, more preferably 150 m2 /g or less, and even more preferably 100 m2 /g or less. The BET specific surface area can be measured by substituting t-BuOH in the aqueous dispersion and then freeze-drying the sample according to the nitrogen gas adsorption method (JIS Z 8830) using a BET specific surface area meter.
(セルロースI型の結晶化度)
変性セルロースマイクロフィブリルにおけるセルロースI型の結晶化度は、通常は50%以上、好ましくは60%以上、70%以上又は75%以上、より好ましくは80%以上である。上限は特に限定されないが、現実的には90%程度と考えられる。セルロースの結晶性は、化学変性の程度により制御できる。セルロースI型の結晶化度は、X線回折測定をして、22.6°付近の(200)ピークと、(200)と(110)の谷(18.5°付近)の強度を測定し比較して算出できる。
(Crystallization degree of cellulose type I)
The crystallinity of cellulose type I in the modified cellulose microfibril is usually 50% or more, preferably 60% or more, 70% or more, or 75% or more, more preferably 80% or more. The upper limit is not particularly limited, but in reality it is considered to be about 90%. The crystallinity of cellulose can be controlled by the degree of chemical modification. The crystallinity of cellulose type I can be calculated by measuring and comparing the intensity of the (200) peak around 22.6° and the valley between (200) and (110) (around 18.5°) by X-ray diffraction measurement.
(アニオン化度)
変性セルロースマイクロフィブリルのアニオン化度(アニオン電荷密度)は、通常は2.50meq/g以下であり、2.30meq/g以下が好ましく、2.0meq/g以下がより好ましく、1.50meq/g以下、1.0meq/g以下、0.8meq/g以下、又は0.5meq/g以下がさらに好ましい。これにより、アニオン化度がより高い化学変性セルロース繊維に比べ、化学変性がセルロース全体にわたり均一になされていると考えられ、保水性等の化学変性セルロース繊維に特有の効果をより安定に得ることができると考えられる。下限は、通常は0.08meq/g以上、好ましくは0.10meq/g以上、又は0.20meq/g以上、より好ましくは0.30meq/g以上であるが、特に限定されない。従って、0.08meq/g以上2.50meq/g以下が好ましい。アニオン化度は、単位質量の変性セルロースマイクロフィブリルあたりのアニオンの当量であり、単位質量の変性セルロースマイクロフィブリルにおいてアニオン性基を中和するのに要するジアリルジメチルアンモニウムクロリド(DADMAC)の当量から算出できる。
(Degree of Anionization)
The degree of anionization (anion charge density) of the modified cellulose microfibril is usually 2.50 meq/g or less, preferably 2.30 meq/g or less, more preferably 2.0 meq/g or less, and even more preferably 1.50 meq/g or less, 1.0 meq/g or less, 0.8 meq/g or less, or 0.5 meq/g or less. This is thought to make the chemical modification more uniform throughout the cellulose than chemically modified cellulose fibers having a higher degree of anionization, and it is thought that the effects unique to chemically modified cellulose fibers, such as water retention, can be obtained more stably. The lower limit is usually 0.08 meq/g or more, preferably 0.10 meq/g or more, or 0.20 meq/g or more, more preferably 0.30 meq/g or more, but is not particularly limited. Therefore, 0.08 meq/g or more and 2.50 meq/g or less are preferred. The degree of anionization is the equivalent of anion per unit mass of modified cellulose microfibril, and can be calculated from the equivalent of diallyldimethylammonium chloride (DADMAC) required to neutralize the anionic groups in unit mass of modified cellulose microfibril.
(保水能)
変性セルロースマイクロフィブリルの保水能は、好ましくは10以上、より好ましくは15以上、又は18以上、さらに好ましくは20以上、さらにより好ましくは30以上である。上限は、現実的には200以下程度となると思われるが、特に限定されない。保水能は、沈降物中の繊維の固形分の質量に対する沈降物中の水の質量に相当し、繊維の0.3質量%水分散液を25,000Gで遠心分離して測定及び算出される、沈降ゲル中の水分量/固形分量の比である。すなわち、以下の式で算出される:
保水能=(B+C-0.003×A)/(0.003×A-C)
A:変性セルロースマイクロフィブリルの固形分濃度0.3質量%の水分散体の質量
B:質量Aの水分散体を30℃、25,000G、30分間の条件で遠心分離した後に分離される沈降物の質量
C:前記遠心分離後に分離される水相中の固形分の質量
(Water retention capacity)
The water retention capacity of the modified cellulose microfibrils is preferably 10 or more, more preferably 15 or more, or 18 or more, even more preferably 20 or more, and even more preferably 30 or more. The upper limit is thought to be about 200 or less in reality, but is not particularly limited. The water retention capacity corresponds to the mass of water in the sediment relative to the mass of the solid content of the fibers in the sediment, and is the ratio of the water content to the solid content in the precipitated gel, measured and calculated by centrifuging a 0.3 mass% aqueous dispersion of the fibers at 25,000 G. That is, it is calculated by the following formula:
Water retention capacity=(B+C-0.003×A)/(0.003×A-C)
A: mass of an aqueous dispersion of modified cellulose microfibrils having a solid content concentration of 0.3% by mass. B: mass of a sediment separated after centrifuging the aqueous dispersion of mass A under conditions of 30° C., 25,000 G, and 30 minutes. C: mass of solids in the aqueous phase separated after the centrifugation.
保水能の値が大きいほど、繊維が水を保持する力が高いことを意味する。保水能は、フィブリル化を経た繊維については測定又は算出できるが、フィブリル化又は解繊を経ていない繊維及びシングルミクロフィブリルにまで解繊されたセルロースナノファイバーについては通常測定できない。フィブリル化または解繊されていないセルロース繊維を上述の条件で遠心分離すると、密な沈降物が形成できず、沈降物と水相とを分離することが困難である。セルロースナノファイバーを上述の条件で遠心分離すると、通常はほとんど沈降しない。 The higher the water retention value, the stronger the fiber's ability to retain water. Water retention can be measured or calculated for fibers that have been fibrillated, but cannot usually be measured for fibers that have not been fibrillated or defibrated, or for cellulose nanofibers that have been defibrated down to single microfibrils. When cellulose fibers that have not been fibrillated or defibrated are centrifuged under the above-mentioned conditions, a dense sediment cannot be formed, and it is difficult to separate the sediment from the aqueous phase. When cellulose nanofibers are centrifuged under the above-mentioned conditions, there is usually very little sedimentation.
(粘度)
変性セルロースマイクロフィブリルを水分散体とした時、水分散体の粘度が低いことが好ましい。これにより、フィブリル化されているにもかかわらず、ハンドリング性の良い素材となり得る。例えば、固形分1質量%の水分散体のB型粘度(25℃、60rpm)は、通常3,500mPa・s以下、好ましくは3,000mPa・s以下、より好ましくは2,500mPa・s以下、さらに好ましくは2,000mPa・s以下、1,000mPa・s以下、800mPa・s以下、500mPa・s以下、400mPa・s以下、又は300mPa・s以下である。下限値は、好ましくは10mPa・s以上、より好ましくは20mPa・s以上、さらに好ましくは50mPa・s以上、70mPa・s以上又は100mPa・s以上である。B型粘度の測定は、例えば、以下の方法で測定できる。フィブリル化(例、解繊)後1日以上静置した後、必要に応じて希釈し、ホモディスパーで撹拌(例、3000rpm、5min)後、粘度測定を行う(例えば、60rpm、3分後回転後の粘度を測定)。
(viscosity)
When the modified cellulose microfibril is made into an aqueous dispersion, it is preferable that the viscosity of the aqueous dispersion is low. This allows the material to have good handleability despite being fibrillated. For example, the B-type viscosity (25°C, 60 rpm) of an aqueous dispersion having a solid content of 1% by mass is usually 3,500 mPa·s or less, preferably 3,000 mPa·s or less, more preferably 2,500 mPa·s or less, even more preferably 2,000 mPa·s or less, 1,000 mPa·s or less, 800 mPa·s or less, 500 mPa·s or less, 400 mPa·s or less, or 300 mPa·s or less. The lower limit is preferably 10 mPa·s or more, more preferably 20 mPa·s or more, even more preferably 50 mPa·s or more, 70 mPa·s or more, or 100 mPa·s or more. The B-type viscosity can be measured, for example, by the following method. After fibrillation (e.g., defibration), the mixture is left to stand for at least one day, diluted as necessary, stirred with a homodisper (e.g., 3,000 rpm, 5 min), and then the viscosity is measured (e.g., the viscosity is measured after rotation at 60 rpm for 3 minutes).
(フィブリル化率)
変性セルロースマイクロフィブリルのフィブリル化率(Fibrillation %)は、1.0%以上が好ましく、1.2%以上がより好ましく、1.5%以上がさらに好ましい。これによりフィブリル化が十分なされていることを確認できる。フィブリル化率は、用いるセルロース系原料の種類により調整できる。フィブリル化率は、バルメット株式会社製フラクショネーター等の、画像解析型繊維分析装置により求めることができる。
(Fibrillation rate)
The fibrillation rate (Fibrillation %) of the modified cellulose microfibrils is preferably 1.0% or more, more preferably 1.2% or more, and even more preferably 1.5% or more. This allows confirmation that the fibrillation is sufficient. The fibrillation rate can be adjusted depending on the type of cellulose-based raw material used. The fibrillation rate can be determined by an image analysis type fiber analyzer such as a fractionator manufactured by Valmet Co., Ltd.
(電気伝導度)
変性セルロースマイクロフィブリルの水分散体(固形分濃度1.0質量%)の電気伝導度は、好ましくは500mS/m以下、より好ましくは300mS/m以下、さらに好ましくは200mS/m以下、さらにより好ましくは100mS/m以下、とりわけ好ましくは70mS/m以下である。下限は、好ましくは5mS/m以上、より好ましくは10mS/m以上、13mS/m以上、15mS/m以上、18mS/m以上、20mS/m以上、30mS/m以上、40mS/m以上又は50mS/m以上である。電気伝導度は、変性セルロースマイクロフィブリルの固形分濃度1.0質量%の水分散体200gを調製し、電気伝導度計(HORIBA社製ES-71型)を用いて測定できる。
(Electrical Conductivity)
The electrical conductivity of the aqueous dispersion of modified cellulose microfibrils (solid content concentration 1.0% by mass) is preferably 500 mS/m or less, more preferably 300 mS/m or less, even more preferably 200 mS/m or less, even more preferably 100 mS/m or less, and particularly preferably 70 mS/m or less. The lower limit is preferably 5 mS/m or more, more preferably 10 mS/m or more, 13 mS/m or more, 15 mS/m or more, 18 mS/m or more, 20 mS/m or more, 30 mS/m or more, 40 mS/m or more, or 50 mS/m or more. The electrical conductivity can be measured by preparing 200 g of an aqueous dispersion of modified cellulose microfibrils having a solid content concentration of 1.0% by mass, and using an electrical conductivity meter (HORIBA ES-71 type).
(ろ水度)
変性セルロースマイクロフィブリルのショッパー・リーグラろ水度は、好ましくは1°SR以上、より好ましくは10°SR以上、より好ましくは25°SR以上、さらに好ましくは40°SR以上、さらにより好ましくは50°SR以上である。上限は、100°SR以下であればよく、特に限定されない。ショッパー・リーグラろ水度は、繊維の懸濁液の水切れの程度の目安であり、下限値は0°SR、上限値は100°SRである。100°SRに近いほど、水切れ(排水量)が少ないことを示す。ショッパー・リーグラろ水度の測定は、JIS P 8121-1:2012に準じて行えばよい。一例を挙げて以下説明する。フィブリル化化学変性セルロース繊維を水に分散し、固形分10g/Lの水分散体を調製し、マグネチックスターラーを用い10分以上1000rpmにて撹拌する。得られる水分散体を2g/Lに希釈する。ミューテック社製DFR-04に60メッシュスクリーン(ワイヤー太さ0.17mm)をセットし、1000mlの検液から、上記メッシュを通過する液量を60秒間計測し、JIS P 8121-1:2012に準じた方法で、ショッパー・リーグラろ水度を算出する。
(Freeness)
The Shopper-Riegler freeness of the modified cellulose microfibrils is preferably 1° SR or more, more preferably 10° SR or more, more preferably 25° SR or more, even more preferably 40° SR or more, and even more preferably 50° SR or more. The upper limit is not particularly limited as long as it is 100° SR or less. The Shopper-Riegler freeness is a measure of the degree of drainage of a suspension of fibers, with the lower limit being 0° SR and the upper limit being 100° SR. The closer to 100° SR, the less drainage (amount of drainage) is indicated. The Shopper-Riegler freeness may be measured in accordance with JIS P 8121-1:2012. An example will be described below. The fibrillated chemically modified cellulose fibers are dispersed in water to prepare an aqueous dispersion with a solid content of 10 g/L, and the mixture is stirred at 1000 rpm for 10 minutes or more using a magnetic stirrer. The obtained aqueous dispersion is diluted to 2 g/L. A 60 mesh screen (wire thickness 0.17 mm) is set on a DFR-04 manufactured by Mutec Corporation, and the amount of liquid passing through the mesh from 1000 ml of test liquid is measured for 60 seconds, and the Schopper-Riegler freeness is calculated according to a method in accordance with JIS P 8121-1:2012.
本発明における変性セルロースマイクロフィブリルは、繊維長が長く、アスペクト比が大きく、適度に低い粘度を示すことができる。そのため、食品、飲料、化粧品、医薬、製紙、各種化学用品、塗料、スプレー、農薬、土木、建築、電子材料、難燃剤、家庭雑貨、接着剤、洗浄剤、芳香剤、潤滑剤等の各種分野において、増粘剤、ゲル化剤、糊剤、食品添加剤、賦形剤、塗料用添加剤、接着剤用添加剤、研磨剤、プラスチック用配合材料、保水材、保形剤、泥水調整剤、ろ過助剤、溢泥防止剤、混和剤等として使用できる。The modified cellulose microfibrils of the present invention have long fiber length, a large aspect ratio, and can exhibit a moderately low viscosity. Therefore, they can be used as thickeners, gelling agents, pastes, food additives, excipients, paint additives, adhesive additives, abrasives, plastic compounding materials, water retention materials, shape retention agents, muddy water regulators, filter aids, overflow prevention agents, admixtures, etc. in various fields such as food, beverages, cosmetics, medicines, papermaking, various chemical products, paints, sprays, agricultural chemicals, civil engineering, construction, electronic materials, flame retardants, household goods, adhesives, detergents, fragrances, lubricants, etc.
以下、本発明を実施例及び比較例をあげてより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、特に断らない限り、部および%は質量部および質量%を示す。The present invention will be described in more detail below with reference to examples and comparative examples, but the present invention is not limited to these. Note that, unless otherwise specified, parts and % indicate parts by mass and % by mass.
<変性セルロースマイクロフィブリル(以下、MFCと言うことがある)の物性の測定手順>
(光学特性)
・透明度:水分散体(固形分濃度1%(w/v)、分散媒:水)を調製し、UV-VIS分光光度計 UV-1800(島津製作所社製)を用い、光路長10mmの角型セルを用いて波長660nmの光の透過率を測定した(ブランク:イオン交換水)
<Procedure for measuring physical properties of modified cellulose microfibril (hereinafter sometimes referred to as MFC)>
(Optical properties)
Transparency: A water dispersion (solid concentration 1% (w/v), dispersion medium: water) was prepared, and the transmittance of light with a wavelength of 660 nm was measured using a UV-VIS spectrophotometer UV-1800 (manufactured by Shimadzu Corporation) using a square cell with an optical path length of 10 mm (blank: ion-exchanged water).
(化学特性)
・カルボキシル(COOH)基量:サンプルの0.5質量%水分散体60mlを調製し、0.1M塩酸水溶液を加えてpH2.5とした。その後、0.05Nの水酸化ナトリウム水溶液を滴下してpHが11になるまで電気伝導度を測定した。電気伝導度の変化が緩やかな弱酸の中和段階において消費された水酸化ナトリウム量(a)から、下式を用いて算出した:
カルボキシル基量〔mmol/gカルボキシル化セルロース〕=a〔ml〕×0.05/カルボキシル化セルロース質量〔g〕。
(Chemical properties)
Carboxyl (COOH) group amount: 60 ml of a 0.5% by mass aqueous dispersion of the sample was prepared, and a 0.1 M aqueous hydrochloric acid solution was added to adjust the pH to 2.5. Then, a 0.05 N aqueous sodium hydroxide solution was added dropwise, and the electrical conductivity was measured until the pH reached 11. The amount of carboxyl (COOH) group was calculated using the following formula from the amount of sodium hydroxide (a) consumed in the neutralization stage of the weak acid, where the change in electrical conductivity was gradual:
Amount of carboxyl groups [mmol/g carboxylated cellulose]=a [ml]×0.05/mass of carboxylated cellulose [g].
・置換度:試料約2.0gを精秤して、300mL共栓付き三角フラスコに入れた。硝酸メタノール(メタノール1000mLに特級濃硝酸100mLを加えた液)100mLを加え、3時間振盪して、塩型カルボキシル基を酸型に変換した。得られた酸型サンプル(絶乾)を1.5~2.0g精秤し、300mL共栓付き三角フラスコに入れた。80%メタノール15mLでサンプルを湿潤し、0.1N-NaOHを100mL加え、室温で3時間振盪した。指示薬として、フェノールフタレインを用いて、0.1N-H2SO4で過剰のNaOHを逆滴定し、次式により置換度(DS値)を算出した。
A=[(100×F’-0.1N-H2SO4(mL)×F)×0.1]/(酸型サンプルの絶乾質量(g))
置換度=0.162×A/(1-0.058×A)
F’:0.1N-NaOHのファクター
F:0.1N-H2SO4のファクター。
Degree of substitution: Approximately 2.0 g of the sample was weighed out and placed in a 300 mL Erlenmeyer flask with a stopper. 100 mL of nitric acid methanol (a solution of 100 mL of concentrated nitric acid added to 1000 mL of methanol) was added and shaken for 3 hours to convert the salt-type carboxyl group to the acid-type. 1.5 to 2.0 g of the obtained acid-type sample (absolutely dry) was weighed out and placed in a 300 mL Erlenmeyer flask with a stopper. The sample was moistened with 15 mL of 80% methanol, 100 mL of 0.1 N-NaOH was added, and the mixture was shaken at room temperature for 3 hours. Excess NaOH was back-titrated with 0.1 N-H 2 SO 4 using phenolphthalein as an indicator, and the degree of substitution (DS value) was calculated by the following formula.
A = [(100 × F' - 0.1N - H2SO4 (mL) × F) × 0.1] / (bone dry mass of acid-type sample (g))
Substitution degree = 0.162×A/(1-0.058×A)
F': Factor of 0.1N NaOH F: Factor of 0.1N H2SO4 .
・セルロースI型の結晶化度:試料をガラスセルに乗せ、X線回折測定装置(例えば、LabX XRD-6000、島津製作所製)を用いて測定する。結晶化度の算出はSegal等の手法を用いて行う。例えば、X線回折図の2θ=10°~30°の回折強度をベースラインとして、2θ=22.6°の002面の回折強度と2θ=18.5°のアモルファス部分の回折強度から次式により算出する。
Xc=(I002C-Ia)/I002C×100
Xc:セルロースのI型の結晶化度(%)
I002C:2θ=22.6°、002面の回折強度
Ia:2θ=18.5°、アモルファス部分の回折強度
結晶化度測定用試料は、後段の比表面積の測定における項目(1)~(9)と同様の手順で調製した凍結乾燥サンプルを、タブレット状に成型して使用した。
Crystallinity of cellulose type I: A sample is placed in a glass cell and measured using an X-ray diffraction measuring device (e.g., LabX XRD-6000, manufactured by Shimadzu Corporation). The crystallinity is calculated using the method of Segal et al. For example, the diffraction intensity at 2θ=10° to 30° in the X-ray diffraction pattern is used as a baseline, and the crystallinity is calculated from the diffraction intensity of the 002 plane at 2θ=22.6° and the diffraction intensity of the amorphous part at 2θ=18.5° according to the following formula.
Xc=(I 002C - Ia)/I 002C ×100
Xc: Crystallinity of cellulose type I (%)
I 002C : 2θ = 22.6°, diffraction intensity of the 002 plane Ia: 2θ = 18.5°, diffraction intensity of the amorphous portion The sample for measuring the crystallinity was a freeze-dried sample prepared in the same manner as in items (1) to (9) in the measurement of the specific surface area described later, which was molded into a tablet shape and used.
・アニオン化度の測定方法:変性セルロースマイクロフィブリルを水に分散し、固形分10g/Lの水分散体を調製し、マグネチックスターラーを用い10分以上1000rpmにて撹拌した。得られた水分散体を0.1g/Lに希釈後、10ml採取し、流動電流検出器(Mutek Particle Charge Detector 03)用い、1/1000規定度のジアリルジメチルアンモニウムクロリド(DADMAC)で滴定して、流動電流がゼロになるまでのDADMACの添加量を用い、以下の式によりアニオン化度を算出した:
q=(V×c)/m
q:アニオン化度(meq/g)
V:流動電流がゼロになるまでのDADMACの添加量(L)
c:DADMACの濃度(meq/L)
m:測定試料中の変性セルロースマイクロフィブリルの質量(g)。
- Method for measuring the degree of anionization: The modified cellulose microfibrils were dispersed in water to prepare an aqueous dispersion with a solid content of 10 g/L, and the dispersion was stirred at 1000 rpm for 10 minutes or more using a magnetic stirrer. The aqueous dispersion thus obtained was diluted to 0.1 g/L, and 10 ml of the dispersion was taken and titrated with 1/1000 normality diallyldimethylammonium chloride (DADMAC) using a streaming current detector (Mutek Particle Charge Detector 03). The amount of DADMAC added until the streaming current became zero was used to calculate the degree of anionization according to the following formula:
q = (V × c) / m
q: degree of anionization (meq/g)
V: Amount of DADMAC added until the flow current becomes zero (L)
c: DADMAC concentration (meq/L)
m: mass (g) of modified cellulose microfibrils in the measurement sample.
・電気伝導度:試料の固形分濃度1.0質量%の水分散体200gを調製し、十分に撹拌した。その後、電気伝導度計(HORIBA社製ES-71型)を用いて電気伝導度を測定した。 - Electrical conductivity: 200 g of an aqueous dispersion of the sample with a solid content concentration of 1.0% by mass was prepared and thoroughly stirred. The electrical conductivity was then measured using an electrical conductivity meter (HORIBA ES-71 model).
(繊維特性)
・平均繊維幅、平均繊維長、及び繊維長分布:固形分濃度0.25質量%に希釈した水分散体を、フラクショネーターにかけ、length-weighted fiber width、length-weighted average fiber length、及びf1~f6(l)%:Fraction 1~6 percentage of length weighted distributionとして求めた(n=2、表1)。
(Fiber properties)
Average fiber width, average fiber length, and fiber length distribution: The aqueous dispersion diluted to a solid content concentration of 0.25% by mass was subjected to a fractionator, and the length-weighted fiber width, length-weighted average fiber length, and f1 to f6(l)%: Fraction 1 to 6 percentage of length weighted distribution were obtained (n=2, Table 1).
・アスペクト比:繊維幅及び繊維長の測定値より下記の式から算出した。
アスペクト比=平均繊維長/平均繊維径
Aspect ratio: Calculated from the measured fiber width and fiber length using the following formula.
Aspect ratio = average fiber length/average fiber diameter
・比表面積:(1)変性セルロースマイクロフィブリルの約2%水分散体を、固形分が約0.1gとなるように取り分け遠心分離の容器に入れ、100mlのエタノールを加えた。
(2)攪拌子を入れ、500rpmで30分以上攪拌した。
(3)撹拌子を取り出し、遠心分離機で、7000G、30分、30℃の条件で変性セルロースマイクロフィブリルを沈降させた。
(4)変性セルロースマイクロフィブリルをできるだけ除去しないようにしながら、上澄みを除去した。
(5)100mlエタノールを加え、撹拌子を加え、(2)の条件で攪拌、(3)の条件で遠心分離、(4)の条件で上澄み除去をし、これを3回繰り返した。
(6)(5)の溶媒をエタノールからt-ブタノールに変え、t-ブタノールの融点以上の室温下で、(5)と同様にして撹拌、遠心分離、上澄み除去を3回繰り返した。
(7)最後の溶媒除去後、t-ブタノールを30ml加え、軽く混ぜた後ナスフラスコに移し、氷浴を用いて凍結させた。
(8)冷凍庫で30分以上冷却した。
(9)凍結乾燥機に取り付け、3日間凍結乾燥した。
(10)BET測定を行った(前処理条件:窒素気流下、105℃、2時間、相対圧0.01~0.30、サンプル量30mg程度)。
- Specific surface area: (1) About 2% aqueous dispersion of modified cellulose microfibrils was separated and placed in a centrifuge container so that the solid content was about 0.1 g, and 100 ml of ethanol was added.
(2) A stirrer was added and the mixture was stirred at 500 rpm for at least 30 minutes.
(3) The stirrer was removed, and the modified cellulose microfibrils were precipitated in a centrifuge at 7,000 G for 30 minutes at 30° C.
(4) The supernatant was removed while trying to avoid removing as much of the modified cellulose microfibrils as possible.
(5) 100 ml of ethanol was added, a stirrer was added, and the mixture was stirred under the conditions of (2), centrifuged under the conditions of (3), and the supernatant was removed under the conditions of (4). This process was repeated three times.
(6) The solvent in (5) was changed from ethanol to t-butanol, and stirring, centrifugation, and removal of the supernatant were repeated three times in the same manner as in (5) at room temperature above the melting point of t-butanol.
(7) After the final removal of the solvent, 30 ml of t-butanol was added and mixed gently, then the mixture was transferred to an eggplant flask and frozen in an ice bath.
(8) Cool in a freezer for at least 30 minutes.
(9) The mixture was placed in a freeze-dryer and freeze-dried for 3 days.
(10) BET measurement was performed (pretreatment conditions: under nitrogen flow, 105° C., 2 hours, relative pressure 0.01 to 0.30, sample amount approximately 30 mg).
・保水能:変性セルロースマイクロフィブリルの固形分濃度0.3質量%の水分散体を40mL調製した。このときの水分散体の質量をAとした。次いで、水分散体の全量を高速冷却遠心機で30℃、25,000Gで30分間遠心分離し、水相と沈降物とを分離した。このときの沈降物の質量をBとした。また、水相をアルミカップに入れ、105℃で一昼夜乾燥させて水を除去し、水相中の固形分の質量を測定した。この水相中の固形分の質量をCとした。以下の式を用いて、保水能を計算した:
保水能=(B+C-0.003×A)/(0.003×A-C)。
Water retention capacity: 40 mL of an aqueous dispersion of modified cellulose microfibrils with a solid content concentration of 0.3% by mass was prepared. The mass of the aqueous dispersion at this time was designated A. Next, the entire amount of the aqueous dispersion was centrifuged at 30°C and 25,000G for 30 minutes in a high-speed refrigerated centrifuge to separate the aqueous phase and the sediment. The mass of the sediment at this time was designated B. In addition, the aqueous phase was placed in an aluminum cup and dried overnight at 105°C to remove water, and the mass of the solid content in the aqueous phase was measured. The mass of the solid content in this aqueous phase was designated C. The water retention capacity was calculated using the following formula:
Water retention capacity=(B+C-0.003×A)/(0.003×A-C).
・フィブリル化率:バルメット株式会社製フラクショネーターを用いて測定した。 Fibrillation rate: Measured using a fractionator manufactured by Valmet Co., Ltd.
(粘性)
・B型粘度(25℃、60rpm):解繊後1日以上静置した後、以下のいずれかの方法で測定した:固形分1%となるよう希釈した後、ホモディスパーで3000rpm・5min撹拌後、粘度測定開始(60rpm)し、3min後の粘度の値を記録した。
(viscosity)
- Type B viscosity (25°C, 60 rpm): After leaving to stand for one day or more after defibration, the viscosity was measured by one of the following methods: After diluting to a solid content of 1%, the mixture was stirred at 3000 rpm for 5 minutes using a homodisper, and then the viscosity measurement was started (60 rpm) and the viscosity value after 3 minutes was recorded.
実施例1(TEMPO酸化MFC(H型・長))
<パルプのTEMPO酸化>
針葉樹由来の漂白済み未叩解クラフトパルプ(NBKP、日本製紙(株)製、白色度85%)5.00kg(絶乾)をTEMPO(Sigma Aldrich社)39g(絶乾1gのセルロースに対し0.05mmol)と臭化ナトリウム514g(絶乾1gのセルロースに対し1.0mmol)を溶解した水溶液500lに加え、パルプが均一に分散するまで撹拌した。反応系に次亜塩素酸ナトリウム水溶液を次亜塩素酸ナトリウムが絶乾1gのセルロースに対し5.5mmol/gになるように添加し、室温にて酸化反応を開始した。反応中は系内のpHが低下するが、3M水酸化ナトリウム水溶液を逐次添加し、pH10に調整した。次亜塩素酸ナトリウムを消費し、系内のpHが変化しなくなった時点で反応を終了した。反応後の混合物に塩酸を添加しpH2に調整した後、ガラスフィルターで濾過してパルプ分離し、分離されたパルプを十分に水洗して、TEMPO酸化パルプを得た。この時のパルプ収率は90%であり、酸化反応に要した時間は90分、カルボキシル基量は1.37mmol/gであった。
Example 1 (TEMPO oxidation MFC (H-type, long))
<TEMPO oxidation of pulp>
5.00 kg (bone-dry) of bleached unbeaten kraft pulp (NBKP, Nippon Paper Industries Co., Ltd., brightness 85%) derived from coniferous trees was added to 500 liters of an aqueous solution in which 39 g (0.05 mmol per 1 g of bone-dry cellulose) of TEMPO (Sigma Aldrich) and 514 g of sodium bromide (1.0 mmol per 1 g of bone-dry cellulose) were dissolved, and the mixture was stirred until the pulp was uniformly dispersed. Aqueous sodium hypochlorite solution was added to the reaction system so that the sodium hypochlorite concentration was 5.5 mmol/g per 1 g of bone-dry cellulose, and the oxidation reaction was started at room temperature. The pH of the system decreased during the reaction, but 3M aqueous sodium hydroxide solution was added successively to adjust the pH to 10. The reaction was terminated when sodium hypochlorite was consumed and the pH of the system no longer changed. After the reaction, the mixture was adjusted to pH 2 by adding hydrochloric acid, and then filtered through a glass filter to separate the pulp. The separated pulp was thoroughly washed with water to obtain a TEMPO oxidized pulp. The pulp yield was 90%, the time required for the oxidation reaction was 90 minutes, and the amount of carboxyl groups was 1.37 mmol/g.
<マイクロフィブリル化>
得られたTEMPO酸化パルプの固形分濃度4.0質量%の水分散体(pH4.5)を調製し、B型トップファイナー(相川鉄工株式会社製)を用いて10分間処理した。マイクロフィブリル化終了後に5%NaOH水溶液を添加しpHを7.4に調整し、酸化セルロースマイクロフィブリル(TEMPO酸化MFC)を調製した。得られた酸化セルロースマイクロフィブリルの物性値を表2に示す。
<Microfibrillation>
An aqueous dispersion (pH 4.5) of the obtained TEMPO oxidized pulp with a solid content concentration of 4.0% by mass was prepared and treated for 10 minutes using a B-type Topfiner (manufactured by Aikawa Iron Works Co., Ltd.). After completion of microfibrillation, a 5% NaOH aqueous solution was added to adjust the pH to 7.4 to prepare oxidized cellulose microfibrils (TEMPO oxidized MFC). The physical properties of the obtained oxidized cellulose microfibrils are shown in Table 2.
実施例2
<パルプのTEMPO酸化>
針葉樹由来の漂白済み未叩解クラフトパルプ(NBKP、日本製紙(株)製、白色度85%)5.00kg(絶乾)をTEMPO(Sigma Aldrich社)39g(絶乾1gのセルロースに対し0.05mmol)と臭化ナトリウム514g(絶乾1gのセルロースに対し1.0mmol)を溶解した水溶液500lに加え、パルプが均一に分散するまで撹拌した。反応系に次亜塩素酸ナトリウム水溶液を次亜塩素酸ナトリウムが絶乾1gのセルロースに対し2.2mmol/gになるように添加し、室温にて酸化反応を開始した。反応中は系内のpHが低下するが、3M水酸化ナトリウム水溶液を逐次添加し、pH10に調整した。次亜塩素酸ナトリウムを消費し、系内のpHが変化しなくなった時点で反応を終了した。反応後の混合物に塩酸を添加しpH2に調整した後、ガラスフィルターで濾過してパルプ分離し、分離されたパルプを十分に水洗して、TEMPO酸化パルプを得た。この時のパルプ収率は90%であり、酸化反応に要した時間は90分、カルボキシル基量は0.56mmol/gであった。
Example 2
<TEMPO oxidation of pulp>
5.00 kg (bone-dry) of bleached unbeaten kraft pulp (NBKP, Nippon Paper Industries Co., Ltd., brightness 85%) derived from coniferous trees was added to 500 liters of an aqueous solution in which 39 g (0.05 mmol per 1 g of bone-dry cellulose) of TEMPO (Sigma Aldrich) and 514 g of sodium bromide (1.0 mmol per 1 g of bone-dry cellulose) were dissolved, and the mixture was stirred until the pulp was uniformly dispersed. Aqueous sodium hypochlorite solution was added to the reaction system so that the sodium hypochlorite concentration was 2.2 mmol/g per 1 g of bone-dry cellulose, and the oxidation reaction was started at room temperature. The pH of the system decreased during the reaction, but 3M aqueous sodium hydroxide solution was added successively to adjust the pH to 10. The reaction was terminated when sodium hypochlorite was consumed and the pH of the system no longer changed. After the reaction, the mixture was adjusted to pH 2 by adding hydrochloric acid, and then filtered through a glass filter to separate the pulp. The separated pulp was thoroughly washed with water to obtain a TEMPO oxidized pulp. The pulp yield was 90%, the time required for the oxidation reaction was 90 minutes, and the amount of carboxyl groups was 0.56 mmol/g.
<マイクロフィブリル化>
得られたTEMPO酸化パルプの固形分濃度3.8質量%の水分散体(pH4.6)を調製し、B型トップファイナー(相川鉄工株式会社製)を用いて10分間処理した。マイクロフィブリル化終了後に5%NaOH水溶液を添加しpHを7.5に調整し、酸化セルロースマイクロフィブリル(TEMPO酸化MFC)を調製した。得られた酸化セルロースマイクロフィブリルの物性値を表2に示す。
<Microfibrillation>
An aqueous dispersion (pH 4.6) of the obtained TEMPO oxidized pulp with a solid content concentration of 3.8% by mass was prepared and treated for 10 minutes using a B-type Topfiner (manufactured by Aikawa Iron Works Co., Ltd.). After completion of microfibrillation, a 5% NaOH aqueous solution was added to adjust the pH to 7.5 to prepare oxidized cellulose microfibrils (TEMPO oxidized MFC). The physical properties of the obtained oxidized cellulose microfibrils are shown in Table 2.
実施例3
<パルプのTEMPO酸化>
針葉樹由来の漂白済み未叩解クラフトパルプ(NBKP、日本製紙(株)製、白色度85%)5.00kg(絶乾)をTEMPO(Sigma Aldrich社)19.6g(絶乾1gのセルロースに対し0.05mmol)と臭化ナトリウム514g(絶乾1gのセルロースに対し1.0mmol)を溶解した水溶液500lに加え、パルプが均一に分散するまで撹拌した。反応系に次亜塩素酸ナトリウム水溶液を次亜塩素酸ナトリウムが絶乾1gのセルロースに対し5.6mmol/gになるように添加し、室温にて酸化反応を開始した。反応中は系内のpHが低下するが、3M水酸化ナトリウム水溶液を逐次添加し、pH10に調整した。次亜塩素酸ナトリウムを消費し、系内のpHが変化しなくなった時点で反応を終了した。反応後の混合物に塩酸を添加しpH2に調整した後、ガラスフィルターで濾過してパルプ分離し、分離されたパルプを十分に水洗して、TEMPO酸化パルプを得た。この時のパルプ収率は90%であり、酸化反応に要した時間は90分、カルボキシル基量は1.42mmol/gであった。
Example 3
<TEMPO oxidation of pulp>
5.00 kg (bone-dry) of bleached unbeaten kraft pulp (NBKP, Nippon Paper Industries Co., Ltd., brightness 85%) derived from coniferous trees was added to 500 liters of an aqueous solution in which 19.6 g (0.05 mmol per 1 g of bone-dry cellulose) of TEMPO (Sigma Aldrich) and 514 g of sodium bromide (1.0 mmol per 1 g of bone-dry cellulose) were dissolved, and the mixture was stirred until the pulp was uniformly dispersed. A sodium hypochlorite aqueous solution was added to the reaction system so that the sodium hypochlorite was 5.6 mmol/g per 1 g of bone-dry cellulose, and the oxidation reaction was started at room temperature. The pH of the system decreased during the reaction, but 3M aqueous sodium hydroxide solution was added successively to adjust the pH to 10. The reaction was terminated when the sodium hypochlorite was consumed and the pH of the system did not change. After the reaction, the mixture was adjusted to pH 2 by adding hydrochloric acid, and then filtered through a glass filter to separate the pulp. The separated pulp was thoroughly washed with water to obtain a TEMPO oxidized pulp. The pulp yield was 90%, the time required for the oxidation reaction was 90 minutes, and the amount of carboxyl groups was 1.42 mmol/g.
<マイクロフィブリル化>
得られたTEMPO酸化パルプに水及び5%NaOHと炭酸水素ナトリウムを添加して固形分濃度4.2質量%の水分散体(pH5.5)を調製し、B型トップファイナー(相川鉄工株式会社製)を用いて10分間処理した。マイクロフィブリル化終了後にさらに5%NaOH水溶液を添加してpHを7.5に調整し、酸化セルロースマイクロフィブリル(TEMPO酸化MFC)を調製した。得られた酸化セルロースマイクロフィブリルの物性値を表2に示す。
<Microfibrillation>
Water, 5% NaOH, and sodium bicarbonate were added to the obtained TEMPO oxidized pulp to prepare an aqueous dispersion (pH 5.5) with a solids concentration of 4.2% by mass, and the dispersion was treated for 10 minutes using a B-type Topfiner (manufactured by Aikawa Iron Works Co., Ltd.). After completion of microfibrillation, a 5% aqueous NaOH solution was further added to adjust the pH to 7.5 to prepare oxidized cellulose microfibrils (TEMPO oxidized MFC). The physical properties of the obtained oxidized cellulose microfibrils are shown in Table 2.
実施例4
マイクロフィブリル化において、水分散体におけるTEMPO酸化パルプの固形分濃度を2.0質量%に変更したことのほかは、実施例1と同様に行った(表2)。
Example 4
The microfibrillation was carried out in the same manner as in Example 1, except that the solids concentration of the TEMPO oxidized pulp in the aqueous dispersion was changed to 2.0 mass% (Table 2).
実施例5
マイクロフィブリル化において水分散体におけるTEMPO酸化パルプの固形分濃度を3.8質量%に変更したこと、水分散体のpHが4.6であったこと、及びトップファイナー処理の代わりに14インチラボリファイナー(相川鉄工株式会社製)を用いた処理を22分間行ったほかは、実施例1と同様に行った(表2)。
Example 5
The microfibrillation was carried out in the same manner as in Example 1, except that the solids concentration of the TEMPO oxidized pulp in the aqueous dispersion was changed to 3.8 mass%, the pH of the aqueous dispersion was 4.6, and treatment using a 14-inch Lab Refiner (manufactured by Aikawa Iron Works Co., Ltd.) was carried out for 22 minutes instead of the Top Finer treatment (Table 2).
実施例6
<パルプのカルボキシメチル化>
回転数を100rpmに調節した二軸ニーダーに、水130部と、水酸化ナトリウム20部を水100部に溶解したものとを加え、広葉樹パルプ(日本製紙(株)製、LBKP)を100℃60分間乾燥した際の乾燥質量で100部仕込んだ。30℃で90分間撹拌、混合しマーセル化されたセルロース原料を調製した。更に撹拌しつつイソプロパノール(IPA)100部と、モノクロロ酢酸ナトリウム60部を添加し、30分間撹拌した後、70℃に昇温して90分間カルボキシメチル化反応をさせた。カルボキシメチル化反応時の反応媒中のIPAの濃度は、30%である。反応終了後、酢酸で中和し、カルボキシメチル置換度0.21、セルロースI型の結晶化度72%のカルボキシメチル化されたセルロース原料(ナトリウム塩)を得た。
Example 6
<Carboxymethylation of pulp>
A twin-shaft kneader with the rotation speed adjusted to 100 rpm was charged with 130 parts of water and 20 parts of sodium hydroxide dissolved in 100 parts of water, and 100 parts of hardwood pulp (LBKP, manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd.) was added in terms of dry mass when dried at 100 ° C for 60 minutes. The mixture was stirred and mixed at 30 ° C for 90 minutes to prepare a mercerized cellulose raw material. Further, 100 parts of isopropanol (IPA) and 60 parts of sodium monochloroacetate were added while stirring, and after stirring for 30 minutes, the mixture was heated to 70 ° C and allowed to undergo a carboxymethylation reaction for 90 minutes. The concentration of IPA in the reaction medium during the carboxymethylation reaction was 30%. After the reaction was completed, the mixture was neutralized with acetic acid to obtain a carboxymethylated cellulose raw material (sodium salt) with a carboxymethyl substitution degree of 0.21 and a crystallinity of cellulose I type of 72%.
<マイクロフィブリル化>
得られたカルボキシメチル化パルプの固形分濃度4.0質量%の水分散体(pH6.9)を調製し、14インチラボリファイナー(相川鉄工株式会社製)を用いて10分間処理し、セルロースマイクロフィブリル(CM化MFC)を調製した。得られたセルロースマイクロフィブリルの物性値を表2に示す。
<Microfibrillation>
The obtained carboxymethylated pulp was dispersed in water (pH 6.9) with a solid content of 4.0% by mass, and treated for 10 minutes using a 14-inch lab refiner (manufactured by Aikawa Iron Works Co., Ltd.) to prepare cellulose microfibrils (CM-MFC). The physical properties of the obtained cellulose microfibrils are shown in Table 2.
比較例1(TEMPO酸化MFC(高粘度))
マイクロフィブリル化において、水分散体におけるTEMPO酸化パルプの固形分濃度を2.0質量%に変更したこと、トップファイナー処理前に5%NaOH及び炭酸水素ナトリウムを添加しpH8.0に調整したこと、マイクロフィブリル化終了後のpH調整処理を行わなかったことのほかは、実施例1と同様に行った(表3)。
Comparative example 1 (TEMPO oxidized MFC (high viscosity))
In the microfibrillation, the solid content concentration of the TEMPO oxidized pulp in the aqueous dispersion was changed to 2.0% by mass, and 5% NaOH and sodium bicarbonate were added before the topfiner treatment to adjust the pH to 8.0. The same procedure as in Example 1 was repeated except that no pH adjustment treatment was carried out after completion of microfibrillation (Table 3).
比較例2(TEMPO酸化MFC(H型・高濃度))
マイクロフィブリル化において、水分散体におけるTEMPO酸化パルプの固形分濃度を30質量%に変更したこと、及びトップファイナー処理の代わりに14インチラボリファイナー(相川鉄工株式会社製)を用いた処理を2回行ったこと、のほかは、実施例1と同様に行った(表3)。
Comparative example 2 (TEMPO oxidized MFC (H type, high concentration))
In the microfibrillation, the solid content of the TEMPO oxidized pulp in the water dispersion was changed to 30% by mass, and the treatment was performed twice using a 14-inch lab refiner (manufactured by Aikawa Iron Works Co., Ltd.) instead of the top refiner treatment. The procedure was the same as in Example 1, except for the above (Table 3).
比較例3
マイクロフィブリル化において、トップファイナー処理前に5%NaOH及び炭酸水素ナトリウムを添加しTEMPO酸化パルプの水分散体のpHを8.6に調整したこと、マイクロフィブリル化終了後のpH調整処理を行わなかったことのほかは、実施例1と同様に行った(表3)。
Comparative Example 3
Microfibrillation was carried out in the same manner as in Example 1, except that 5% NaOH and sodium bicarbonate were added before the top-finer treatment to adjust the pH of the aqueous dispersion of TEMPO oxidized pulp to 8.6, and no pH adjustment treatment was performed after the completion of microfibrillation (Table 3).
比較例4
<パルプのTEMPO酸化>
針葉樹由来の漂白済み未叩解クラフトパルプ(NBKP、日本製紙(株)製、白色度85%)5.00kg(絶乾)をTEMPO(Sigma Aldrich社)19.6g(絶乾1gのセルロースに対し0.05mmol)と臭化ナトリウム514g(絶乾1gのセルロースに対し1.0mmol)を溶解した水溶液500lに加え、パルプが均一に分散するまで撹拌した。反応系に次亜塩素酸ナトリウム水溶液を次亜塩素酸ナトリウムが絶乾1gのセルロースに対し5.9mmol/gになるように添加し、室温にて酸化反応を開始した。反応中は系内のpHが低下するが、3M水酸化ナトリウム水溶液を逐次添加し、pH10に調整した。次亜塩素酸ナトリウムを消費し、系内のpHが変化しなくなった時点で反応を終了した。反応後の混合物に塩酸を添加しpH2に調整した後、ガラスフィルターで濾過してパルプ分離し、分離されたパルプを十分に水洗して、TEMPO酸化パルプを得た。この時のパルプ収率は90%であり、酸化反応に要した時間は90分、カルボキシル基量は1.48mmol/gであった。
Comparative Example 4
<TEMPO oxidation of pulp>
5.00 kg (bone-dry) of bleached unbeaten kraft pulp (NBKP, Nippon Paper Industries Co., Ltd., brightness 85%) derived from coniferous trees was added to 500 liters of an aqueous solution in which 19.6 g (0.05 mmol per 1 g of bone-dry cellulose) of TEMPO (Sigma Aldrich) and 514 g of sodium bromide (1.0 mmol per 1 g of bone-dry cellulose) were dissolved, and the mixture was stirred until the pulp was uniformly dispersed. A sodium hypochlorite aqueous solution was added to the reaction system so that the sodium hypochlorite was 5.9 mmol/g per 1 g of bone-dry cellulose, and the oxidation reaction was started at room temperature. The pH of the system decreased during the reaction, but 3M sodium hydroxide aqueous solution was added successively to adjust the pH to 10. The reaction was terminated when the sodium hypochlorite was consumed and the pH of the system did not change. After the reaction, the mixture was adjusted to pH 2 by adding hydrochloric acid, and then filtered through a glass filter to separate the pulp. The separated pulp was thoroughly washed with water to obtain a TEMPO oxidized pulp. The pulp yield was 90%, the time required for the oxidation reaction was 90 minutes, and the amount of carboxyl groups was 1.48 mmol/g.
<マイクロフィブリル化>
得られたTEMPO酸化パルプに水及び5%NaOHと炭酸水素ナトリウムを添加して固形分濃度4.1質量%の水分散体(pH8.2)を調製し、14インチラボリファイナー(相川鉄工株式会社製)を用いて24分間処理し、酸化セルロースマイクロフィブリル(TEMPO酸化MFC)を調製した。得られた酸化セルロースマイクロフィブリルの物性値を表3に示す。
<Microfibrillation>
Water, 5% NaOH, and sodium bicarbonate were added to the obtained TEMPO oxidized pulp to prepare an aqueous dispersion (pH 8.2) with a solids concentration of 4.1% by mass, and the dispersion was treated for 24 minutes using a 14-inch lab refiner (manufactured by Aikawa Iron Works Co., Ltd.) to prepare oxidized cellulose microfibrils (TEMPO oxidized MFC). The physical properties of the obtained oxidized cellulose microfibrils are shown in Table 3.
比較例5
<パルプのカルボキシメチル化>
IPAの添加量を変えることによりカルボキシメチル化反応時の反応液中のIPAの濃度を55%とした以外は実施例6と同様にして、カルボキシメチル化セルロースのナトリウム塩を得た。カルボキシメチル置換度は0.35、セルロースI型の結晶化度は68%であった。
Comparative Example 5
<Carboxymethylation of pulp>
A sodium salt of carboxymethylated cellulose was obtained in the same manner as in Example 6, except that the concentration of IPA in the reaction solution during the carboxymethylation reaction was 55% by changing the amount of IPA added. The degree of carboxymethyl substitution was 0.35, and the crystallinity of cellulose type I was 68%.
<マイクロフィブリル化>
得られたカルボキシメチル化パルプの固形分濃度4.0質量%の水分散体(pH7.5)を調製し、14インチラボリファイナー(相川鉄工株式会社製)を用いて12分間処理し、セルロースマイクロフィブリル(CM化MFC)を調製した。得られたセルロースマイクロフィブリルの物性値を表3に示す。
<Microfibrillation>
The obtained carboxymethylated pulp was dispersed in water (pH 7.5) with a solid content of 4.0% by mass, and treated for 12 minutes using a 14-inch lab refiner (manufactured by Aikawa Iron Works Co., Ltd.) to prepare cellulose microfibrils (CM-MFC). The physical properties of the obtained cellulose microfibrils are shown in Table 3.
表2~3の結果より、実施例の変性セルロースマイクロフィブリルは、比較例のものと比較すると繊維長が長く、アスペクト比が大きかった。また、実施例の変性セルロースマイクロフィブリルは、適度に低い粘度を示した。これらの結果は、本発明により得られる変性セルロースマイクロフィブリルが広範な用途において優れた機能を発揮しうることを示している。 From the results in Tables 2 and 3, the modified cellulose microfibrils of the Examples had longer fiber lengths and larger aspect ratios than those of the Comparative Examples. In addition, the modified cellulose microfibrils of the Examples showed a moderately low viscosity. These results indicate that the modified cellulose microfibrils obtained by the present invention can exhibit excellent functionality in a wide range of applications.
Claims (5)
工程(2):工程(1)で得た酸化セルロースを、pH7以下、固形分濃度0.1~15質量%の条件で機械的処理して解繊する工程、
を含む、酸化セルロースマイクロフィブリルの製造方法であって、
酸化セルロースマイクロフィブリルは、平均繊維径が500nm以上60μm以下であり、平均繊維長が600μm以上3000μm以下であり、アスペクト比が50以上である、製造方法。 Step (1): A step of oxidizing a cellulosic raw material to obtain oxidized cellulose; and
Step (2): A step of defibrating the oxidized cellulose obtained in step (1) by mechanical treatment under conditions of a pH of 7 or less and a solid content concentration of 0.1 to 15% by mass;
A method for producing oxidized cellulose microfibrils , comprising:
The oxidized cellulose microfibrils have an average fiber diameter of 500 nm or more and 60 μm or less, an average fiber length of 600 μm or more and 3000 μm or less, and an aspect ratio of 50 or more .
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